Todos os dispositivos eletrônicos contêm resistores como elemento principal. É usado para alterar a quantidade de corrente em um circuito elétrico. O artigo apresenta as propriedades dos resistores e métodos para calcular sua potência.
Atribuição do Resistor
Resistores são usados para regular a corrente em circuitos elétricos. Esta propriedade é definida pela Lei de Ohm:
I=U/R (1)
A partir da fórmula (1) vê-se claramente que quanto menor a resistência, mais forte a corrente aumenta, e vice-versa, quanto menor o valor de R, maior a corrente. É esta propriedade de resistência elétrica que é usada na engenharia elétrica. Com base nessa fórmula, são criados circuitos divisores de corrente, amplamente utilizados em dispositivos elétricos.
Neste circuito, a corrente da fonte é dividida em duas, inversamente proporcional às resistências dos resistores.
Além da regulação de corrente, resistores são usados em divisores de tensão. Neste caso, a lei de Ohm é usada novamente, mas de uma forma ligeiramente diferente:
U=I∙R (2)
Da fórmula (2) segue-se que à medida que a resistência aumenta, a tensão aumenta. Está Propriedadeusado para construir circuitos divisores de tensão.
A partir do diagrama e da fórmula (2) fica claro que as tensões nos resistores são distribuídas proporcionalmente às resistências.
Imagem dos resistores nos diagramas
De acordo com o padrão, os resistores são representados como um retângulo com dimensões de 10 x 4 mm e são indicados pela letra R. A potência dos resistores é frequentemente indicada no diagrama. A imagem deste indicador é realizada por linhas oblíquas ou retas. Se a potência for superior a 2 watts, a designação será feita em algarismos romanos. Isso geralmente é feito para resistores de fio enrolado. Alguns estados, como os Estados Unidos, usam outras convenções. Para facilitar o reparo e a análise do circuito, geralmente é fornecida a potência dos resistores, cuja designação é realizada de acordo com GOST 2.728-74.
Especificações do dispositivo
A principal característica do resistor é a resistência nominal Rn, que é indicada no diagrama próximo ao resistor e em sua caixa. A unidade de resistência é ohm, kiloohm e megaohm. Os resistores são feitos com resistência de frações de um ohm a centenas de megaohms. Existem muitas tecnologias para a produção de resistores, todas elas têm vantagens e desvantagens. Em princípio, não há tecnologia que permita a fabricação absolutamente precisa de um resistor com um determinado valor de resistência.
A segunda característica importante é o desvio de resistência. É medido em % do R nominal. Existe um intervalo padrão de desvio de resistência: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% e mais atévalores ±0,001%.
A próxima característica importante é a potência dos resistores. Durante a operação, eles aquecem com a corrente que passa por eles. Se a dissipação de energia exceder o valor permitido, o dispositivo falhará.
Os resistores mudam sua resistência quando aquecidos, portanto, para dispositivos que operam em uma ampla faixa de temperatura, mais uma característica é introduzida - o coeficiente de resistência da temperatura. É medido em ppm/°C, ou seja, 10-6 Rn/°C (milionésimo de Rn por 1°C).
Conexão em série de resistores
Resistores podem ser conectados de três maneiras diferentes: série, paralelo e misto. Quando conectado em série, a corrente passa por todas as resistências.
Com tal conexão, a corrente em qualquer ponto do circuito é a mesma, pode ser determinada pela lei de Ohm. A resistência total do circuito neste caso é igual à soma das resistências:
R=200+100+51+39=390 Ohm;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Agora você pode determinar a potência quando os resistores são conectados em série, é calculado pela fórmula:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
A potência dos resistores restantes é determinada da mesma forma:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 ter;
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 ter.
Se você adicionar a potência dos resistores, obtém o P completo:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 ter.
Conexão paralela de resistores
Em uma conexão paralela, todos os inícios dos resistores são conectados a um nó do circuito e as extremidades a outro. Com esta conexão, a corrente se ramifica e flui através de cada dispositivo. A magnitude da corrente, de acordo com a lei de Ohm, é inversamente proporcional às resistências, e a tensão em todos os resistores é a mesma.
Antes de encontrar a corrente, você precisa calcular a condutividade total de todos os resistores usando a conhecida fórmula:
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.
Resistência é o recíproco da condutividade:
R=1/0, 06024=16,6 ohm.
Usando a lei de Ohm, encontre a corrente através da fonte:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Conhecendo a corrente através da fonte, encontre a potência dos resistores conectados em paralelo pela fórmula:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 ter.
De acordo com a lei de Ohm, a corrente através dos resistores é calculada:
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.
Uma fórmula ligeiramente diferente pode ser usada para calcular a potência dos resistores em conexão paralela:
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 ter.
Se você somar tudo, você obtém a potência de todos os resistores:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 ter.
Conexão mista
Esquemas com conexão mista de resistores contêm conexão serial e paralela ao mesmo tempo. Este circuito é fácil de converter substituindo a conexão paralela de resistores por resistores em série. Para fazer isso, primeiro substitua as resistências R2 e R6 pelo total R2, 6, usando a fórmula abaixo:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
Da mesma forma, dois resistores paralelos R4, R5 são substituídos por um R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
O resultado é um circuito novo e mais simples. Ambos os esquemas são mostrados abaixo.
A potência dos resistores em um circuito de conexão mista é determinada pela fórmula:
P=U∙I.
Para calcular esta fórmula, primeiro encontre a tensão em cada resistência e a quantidade de corrente através dela. Você pode usar outro método para determinar a potência dos resistores. Por estaa fórmula é usada:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Se apenas a tensão nos resistores for conhecida, então outra fórmula é usada:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Todas as três fórmulas são frequentemente usadas na prática.
Cálculo dos parâmetros do circuito
Cálculo dos parâmetros do circuito é encontrar correntes e tensões desconhecidas de todos os ramos nas seções do circuito elétrico. Com esses dados, você pode calcular a potência de cada resistor incluído no circuito. Métodos de cálculo simples foram mostrados acima, mas na prática a situação é mais complicada.
Em circuitos reais, muitas vezes é encontrada a conexão de resistores com uma estrela e um delta, o que cria dificuldades significativas nos cálculos. Para simplificar tais esquemas, foram desenvolvidos métodos para converter uma estrela em um triângulo e vice-versa. Este método é ilustrado no diagrama abaixo:
O primeiro circuito tem uma estrela conectada aos nós 0-1-3. O resistor R1 está conectado ao nó 1, R3 ao nó 3 e R5 ao nó 0. No segundo diagrama, os resistores triangulares são conectados aos nós 1-3-0. Os resistores R1-0 e R1-3 estão conectados ao nó 1, R1-3 e R3-0 estão conectados ao nó 3 e R3-0 e R1-0 estão conectados ao nó 0. Esses dois esquemas são completamente equivalentes.
Para ir do primeiro circuito ao segundo, calculam-se as resistências dos resistores triangulares:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
As transformações adicionais são reduzidas ao cálculo de resistências conectadas em paralelo e em série. Quando a impedância do circuito é encontrada, a corrente através da fonte é encontrada de acordo com a lei de Ohm. Usando esta lei, não é difícil encontrar as correntes em todos os ramos.
Como determinar a potência dos resistores depois de encontrar todas as correntes? Para fazer isso, use a conhecida fórmula: P=I2∙R, aplicando-a para cada resistência, encontraremos sua potência.
Determinação experimental das características dos elementos do circuito
Para determinar experimentalmente as características desejadas dos elementos, é necessário montar um determinado circuito a partir de componentes reais. Depois disso, com a ajuda de instrumentos de medição elétrica, todas as medições necessárias são realizadas. Este método é trabalhoso e caro. Os projetistas de dispositivos elétricos e eletrônicos usam programas de simulação para esse fim. Com a ajuda deles, todos os cálculos necessários são feitos e o comportamento dos elementos do circuito em várias situações é modelado. Só depois disso é montado um protótipo de um dispositivo técnico. Um desses programas comuns é o poderoso sistema de simulação Multisim 14.0 da National Instruments.
Como determinar a potência dos resistores usando este programa? Isso pode ser feito de duas maneiras. O primeiro método é medir a corrente e a tensão com um amperímetro e um voltímetro. Multiplicando os resultados da medição, obtém-se a potência necessária.
A partir deste circuito determinamos a potência de resistência R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6mW.
O segundo método é a medição direta da potência emusando um wattímetro.
A partir deste diagrama pode-se ver que a potência da resistência R3 é P3=20,8 mW. A discrepância devido ao erro no primeiro método é maior. As potências de outros elementos são determinadas da mesma forma.
