Закон Ома. Онлайн расчёт для постоянного и переменного тока.
Онлайн расчёт электрических величин напряжения, тока и мощности для участка цепи,
полной цепи, цепи
с резистивными, ёмкостными и индуктивными элементами.
Теория и практика для начинающих.
Начнём с терминологии.
Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одной области
электрической цепи в другую.
Силой электрического тока (I) является величина, которая численно равна количеству заряда Δq, протекающего через заданное поперечное
сечение проводника S за единицу времени Δt: I = Δq/Δt.
Напряжение электрического тока между точками A и B электрической цепи — физическая величина, значение которой равно работе эффективного
электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.
Омическое (активное) сопротивление — это сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.
Теперь можно переходить к закону Ома.
Закон Ома был установлен экспериментальным путём в 1826 году немецким физиком Георгом Омом и назван в его честь. По большому счёту, Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, определяющих зависимость между электрическими величинами, такими как: напряжение, сопротивление и сила тока исключительно для проводников, обладающих постоянным сопротивлением. При расчёте напряжений и токов в нелинейных цепях, к примеру, таких, которые содержат полупроводниковые или электровакуумные приборы, этот закон в простейшем виде уже использоваться не может.
Тем не менее, закон Ома был и остаётся основным законом электротехники, устанавливающим связь силы
электрического тока с сопротивлением и напряжением.
Формулировка закона Ома для участка цепи может быть представлена так: сила тока в проводнике прямо
пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника
I=U/R,
где
I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), измеря- емая в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах [Ом].
Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид: R=U/I и U=R×I.
Зная любые два из трёх приведённых параметров можно произвести и расчёт величины мощности,
рассеиваемой на резисторе.
P(Вт) = U(В)×I(А) = I2(А)×R(Ом) =
U2(В)/R(Ом)
Формулы, описывающие закон Ома, настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной
крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.
Не заслуживают, так не заслуживают. Деревянные счёты Вам в помощь, уважаемые дамы и рыцари!
Единицы измерения напряжения: 1В=1000мВ=1000000мкВ;
Единицы измерения силы тока:1А=1000мА=1000000мкА;
Единицы измерения сопротивления:1Ом=0.001кОм=0.000001МОм;
Единицы измерения мощности:1Вт=1000мВт=100000мкВт.
Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатую таблицу, позволяющую в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.
ТАБЛИЦА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТОВ ЗАКОНА ОМА.
Вводить в таблицу нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитает таблица.
Все наши расчёты проводились при условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр.
Если это условие не соблюдается, то под величиной R следует принять сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр , после чего закон приобретает солидное название — закон Ома для полной цепи:
I=U/(R+r) .
Для многозвенных цепей возникает необходимость преобразования её к эквивалентному виду:
Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов
определяются исходя из формулы:
1/Rll = 1/R4+1/R5.
А онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких проводников можно найти на странице
ссылка на страницу.
Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.
Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше,
остаётся в силе.
Единственное, что надо иметь в виду для правильной интерпретации закона Ома для переменного тока — под
А что такое действующее значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?
Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.
Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2),
сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы.
Глядя на рисунок можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов — это максимальное значение, которого достигает
амплитуда в пределах положительной, или отрицательной (в наших случаях они равны) полуволны.
Рассчитываем действующее значение напряжение интересующей нас формы:
Для синуса U = Uд = Uа/√2;
для треугольника и пилы U = Uд = Uа/√3;
для меандра U = Uд = Uа.
С этим разобрались!
Теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости
в цепи переменного тока.
В общем случае смотреться это будет так:
А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z, состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений
Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока не одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих трёх элементов обойтись не удаётся, и формула приобретает вид:
Реактивные сопротивления конденсатор
Калькулятор цветовой маркировки резисторов — Расчёты
Этот калькулятор цветовой маркировки резисторов поможет вам определить значение резисторов, отмеченных цветными полосами. Калькулятор рассчитан на 3, 4, 5 и 6-полосные резисторы. Вы можете выбрать цвета соответствующих полос, нажав на них в таблице. Резистор будет визуально отображать выбранные вами цвета и отображать значение резистора. Если значение сопротивления является частью стандартного значения (Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192 ), оно будет показано в квадратных скобках после значения сопротивления.
Как использовать калькулятор цветовой маркировки резисторов
- Выберите количество полос резистора в верхнем левом углу
- Выберите цвета полос, нажав на соответствующее поле в таблице цветов
- Выше резистора отображается сопротивление и допуск резистора
Кол-во полос:
3
4
5
6
1
полоса
2
полоса
3
полоса
множи-
тель
допуск
%
ТКС
ppm/°C
Black
Brown
Red
Orange
Yellow
25
Green
Blue
Violet
White
1
Gold
Silver
None
Примеры:
Надежность резисторов
В случае 6-полосных резисторов этот калькулятор предполагает, что 6-я полоса используется для указания температурного коэффициента сопротивления (ТКС). В некоторых редких случаях 6-ая полоса может указывать на надежность резистора. При этом, ширина 6-й полосы должна быть шире основных в 1.5 раза. Надежность указана как процент отказа элемента на 1000 часов работы. Цветовые обозначения и величины надежности показаны в таблице:| Цвет | Процент отказов |
| Коричневый | 1% |
| Красный | 0.1% |
| Оранжевый | 0.01% |
| Желтый | 0.001% |
SMD калькулятор
33.1kΩ ± 1%
Маркировка EIA-96
Высокоточные резисторы в сочетании с малыми размерами создали необходимость иметь более компактную маркировку для SMD резисторов. Поэтому была создана система маркировки EIA-96. Основана на серии E96 и предназначена для резисторов с допуском 1%.
В этой системе резистор маркируется тремя знаками: 2 цифры для обозначения значения резистора и 1 буква для множителя. Два первых числа представляют код, который указывает значение сопротивления с тремя значащими цифрами. В таблице ниже приведены значения для каждого кода, которые в основном являются значениями из серии E96. Например, код 04 означает 107 Ом, а 60 означает 412 Ом. Коэффициент умножения дает конечное значение резистора, например:
Использование буквы предотвращает путаницу с другими системами маркировки. Однако обратите внимание, что буква R используется в обеих системах. Для резисторов с допусками, отличными от 1%, существуют разные буквенные таблицы.
| Код | Делитель |
| Z | 0.001 |
| Y/R | 0.01 |
| X/S | 0.1 |
| A | 1 |
| B/H | 10 |
| C | 100 |
| D | 1`000 |
| E | 10`000 |
| F | 100`000 |
| Код | Значение | Код | Значение | Код | Значение | Код | Значение | Код | Значение | Код | Значение |
| 01 | 100 | 17 | 147 | 33 | 215 | 49 | 316 | 65 | 464 | 81 | 681 |
| 02 | 102 | 18 | 150 | 34 | 221 | 50 | 324 | 66 | 475 | 82 | 698 |
| 03 | 105 | 19 | 154 | 35 | 226 | 51 | 332 | 67 | 487 | 83 | 715 |
| 04 | 107 | 20 | 158 | 36 | 232 | 52 | 340 | 68 | 499 | 84 | 732 |
| 05 | 110 | 21 | 162 | 37 | 237 | 53 | 348 | 69 | 511 | 85 | 750 |
| 06 | 113 | 22 | 165 | 38 | 243 | 54 | 357 | 70 | 523 | 86 | 768 |
| 07 | 115 | 23 | 169 | 39 | 249 | 55 | 365 | 71 | 536 | 87 | 787 |
| 08 | 118 | 24 | 174 | 40 | 255 | 56 | 374 | 72 | 549 | 88 | 806 |
| 09 | 121 | 25 | 178 | 41 | 261 | 57 | 383 | 73 | 562 | 89 | 825 |
| 10 | 124 | 26 | 182 | 42 | 267 | 58 | 392 | 74 | 576 | 90 | 845 |
| 11 | 127 | 27 | 187 | 43 | 274 | 59 | 402 | 75 | 590 | 91 | 866 |
| 12 | 130 | 28 | 191 | 44 | 280 | 60 | 412 | 76 | 604 | 92 | 887 |
| 13 | 133 | 29 | 196 | 45 | 287 | 61 | 422 | 77 | 619 | 93 | 909 |
| 14 | 137 | 30 | 200 | 46 | 294 | 62 | 432 | 78 | 634 | 94 | 931 |
| 15 | 140 | 31 | 205 | 47 | 301 | 63 | 442 | 79 | 649 | 95 | 953 |
| 16 | 143 | 32 | 210 | 48 | 309 | 64 | 453 | 80 | 665 | 96 | 976 |
Мощность SMD резистора
Чтобы узнать приблизительную мощность SMD-резистора, измерьте его длину и ширину. В таблице ниже представлены несколько часто используемых размеров с соответствующими типичными номинальными мощностями. Используйте эту таблицу только в качестве руководства и всегда обращайтесь к спецификации компонента для точного значения.
| Типоразмер | Размер в дюймах(ДxШ) | Размер в мм (ДxШ) | Мощность |
| 0201 | 0.024″ x 0.012″ | 0.6 мм x 0.3 мм | 0,05Вт |
| 0402 | 0.04″ x 0.02″ | 1.0 мм x 0.5 мм | 0,0625Вт |
| 0603 | 0.063″ x 0.031″ | 1.6 мм x 0.8 мм | 0,0625Вт |
| 0805 | 0.08″ x 0.05″ | 2.0 мм x 1.25 мм | 0.1Вт |
| 1206 | 0.126″ x 0.063″ | 3.2 мм x 1.6 мм | 0.125Вт |
| 1210 | 0.126″ x 0.10″ | 3.2 мм x 2.5 мм | 0.25Вт |
| 1812 | 0.18″ x 0.12″ | 4.5 мм x 3.2 мм | 0.33Вт |
| 2010 | 0.20″ x 0.10″ | 5.0 мм x 2.5 мм | 0.5Вт |
| 2512 | 0.25″ x 0.12″ | 6.35 мм x 3.2 мм | 1Вт |
Расчет геометрии тонкопленочных резисторов
— 15-
Министерство Образования Российской Федерации
Нижегородский Государственный Технический Университет
Арзамасский филиал
методические указания
к практическим занятиям
по дисциплине «Проектирование ИС»
для студентов специальности 200800
(дневная и вечерняя форма обучения)
г. Арзамас
2005 г.
1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
Тонкопленочные резисторы (ТР) являются наиболее распространенными элементами гибридных интегральных схем и микросборок. Они изготавливаются напылением тонких узких полосок различной конфигурации (рис. 1) из соответствующего резистивного материала (табл.1).
Таблица 1
Электрические свойства и состав тонкопленочных резисторов толщиной 30-З00 нм
|
Марка сплава |
Удельное сопротивление, Ом/□ |
ТКС*104, град-1 (не более) |
Допустимая удельная мощность рассеяния, Вт/см2 |
Уход номинала сопротивления, % (не более) |
Состав сплава | |
|
Cr |
Ni | |||||
|
РС-4800 |
100-1000 |
2 |
5 |
1 |
48 | |
|
РС-3710 |
50-3000 |
1 |
5 |
0,5 |
10 |
37 |
|
РС-3001 |
80-3000 |
1 |
5 |
0,5 |
30 | |
|
РС-1004 |
(3-50)•103 |
15 |
5 |
2 |
10 | |
|
РС-1714 |
300-500 |
2 |
5 |
1 |
17 | |
|
РС-4400 |
1000-5000 |
3 |
10 |
44 | ||
|
РС-4206 |
1000 |
0,5 |
2 |
0,5 |
42 |
6 |
|
РС-5402 |
50-100 |
0,5 |
2 |
1 |
54 | |
|
РС-5406К |
10-500 |
0,5 |
2 |
1 |
54 | |
|
РС-5406Н |
50-500 |
0,3 |
2 |
1-0,04 |
54 |
6 |
|
РС-2005 |
(8-50)•104 |
12,0 |
5 |
2 | ||
|
РС-2310 |
(1-8)•104 |
12,0 |
5 |
2 | ||
|
РС-5006 |
(3-20)•103 |
0,5 |
5 |
2 | ||
Примечания: 1. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) дается в интервале температур от -60 до +120○С.
2. Уход номинала указывается после 1000ч работы при мощности рассеяния 1 Вт/см2 и температуре 85○С.
3. После термической обработки на воздухе при 500○С в течение 1ч пленки, полученные ионно-плазменным распылением, имеют ТКС ≈ 2•10-5 град-1, и уход номиналов на них составляет 0,04%.
Выбор конфигурации ТР предопределяется его сопротивлением и рассеиваемой мощностью, требованиями к точности и стабильности (временной и температурной), предельной рабочей частотой, технологичностью и некоторыми другими факторами, зависящими от условий эксплуатации. Если при конструировании ТР не предъявляются особые требования, то их конфигурацию следует выбирать с прямолинейными очертаниями, так как такие ТР более технологичны, имеют лучшие высокочастотные свойства и электрическое поле в них более однородно. В связи с этим отсутствуют (или сведены к минимуму) локальные электрические перегрузки, которые могут привести к потере работоспособности (отказу) ТР. Поэтому наибольшее распространение получили конфигурации ТР в виде прямоугольной полоски (низкоомные резисторы) (рис. 1, а) и регулярного меандра (высокоомные) (рис. 1, б).
Для микросхем с повышенной мощностью рассеяния применяются ТР с расщепленной структурой: низкоомные (рис. 1, в) и высокоомные (рис. 1, г), а для прецизионных резисторов — конструкции гребенчатого типа (рис. 1, д), обеспечивающие подгонку сопротивлений до заданного номинала с высокой точностью.
а) б)
в) г) д)
Рис. 1. Тонкопленочные резисторы: а — прямоугольная полоска; б — регулярный меандр; в — низкоомные ТР с повышенной мощность рассеяния; г — высокоомные резисторы с повышенной мощностью рассеяния; д — прецизионные резисторы (с секциями подгонки).
При изготовлении ТР любой конфигурации необходимо обеспечить перекрытие резистивной пленки и контактной площадки, с помощью которой данный резистор соединяется с други
Расчет проволочных постоянных резисторов
Практическая часть
«Расчет проволочных постоянных резисторов»
1. Расчет проволочного резистора.
Задача – расчет размеров резистора токопроводящего элементата при заданных R, P и специальных требованиях (стабильный, общего применения и т.п.) с учетом допустимого перегрева.
Для практических занятий предлагается упрощенный расчет, не учитывающий контактные явления, , неравномерности теплового поля.
Требования по стабильности задаются качественно (высокая, средняя, низкая) и обеспечивают выбором допустимого перегрева и материала ТПЭ. Расчет точности не выполняется.
1. Расчет проволочного постоянного резистора.
(для работы на постоянном токе и низких частотах)
(т.е. не определяется L и С резистора и не учитывается ???)
а) Расчет резистора с однослойной намоткой (цилиндрические и плоские)
Исходные данные:; ; требования к стабильности, температуре.
1- выбор материала провода или микро провода и типа конструкции.
2- Определение тока через резистор
, A(Вт/Ом)
3- Определение диаметра провода без изоляции (или микро провода) при этом задаются плотностью тока j=
(1…2)А/мм2- для высокостабильных;
(5…10)А/мм2- для низкой стабильности;
(200…100)А/мм2- для микро провода;
на постоянном токе и низких частотах
, мм (А/(А/мм2)
определяется до ближайшего стандартного значения.
4- определяем длину провода учитывая, что
и
, откуда
; если
если известно , то , сопротивление 1 метра.
5- находим требуемую поверхность охлаждения по допустимому перегреву и удельной мощности рассеяния
(Для высоко стабильных ;
средней –0.1…1.15(55-65 С)
для низкочастотных )
Считаем, что равна наружной поверхности основания без учета площади торцов и определяем длину рабочей части основания (длину намотки)
(т.е. без учета места, занимаемого выводами) считая что
6- Задавая (или a), определяем .
Для мощных резисторов выбирают 6…30 мм (5…30 Вт). Для резисторов из микропроволоки
7- рассчитываем число витков и шаг намотки
число витков
шаг намотки
Если , увеличивают длину или диаметр намотки и повторяют расчет по п.7.
В качестве основания используют керамические трубки,
По окончанию работы вычерчивают эскиз резистора с выводами, элементами крепления, влага защиты. б) Особенности расчета многослойных резисторов (катушечных) по п.5 все также как для однослойных далее задают длину намотки и рассчитывают наружный диаметр резистора
- коэффициент намотки 1,05…1,45
рассчитывают и сравнивают с опр. по п.5, при необходимости увеличивают и .
Затем определяют число витков
Вычерчивают эскиз.
Литература:
1. К.И. Мартюшов, Ю.В. Зайцев. Технология производства резисторов. – учебн. пособ. для спец. «Полупроводники и диэлектрики».- М.: высш. шк., 1972, 312с., ил.
2. Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет.: Под редакцией А.В. Коваля.- М Сов. Радио, 1977, 368с., ил.
|
Сплав |
Состав, % |
Макс. тем.,К |
Си Термо Э.Д.С. |
||
|
Манганин |
86Cu,12Mn,2Ni |
0,42-0,48 |
+(5-30) |
370-470 |
1-2 |
|
Константан |
60Cu, 40Ni |
0,48-0,52 |
-(5-25) |
720-770 |
40-50 |
|
Нихромы |
1,5Mn,55-78Ni, 15-23Cr ост.Fe |
1-1,2 |
100-200 |
1270-1370 |
——- |
|
Хромали |
0,7Mn, 0,6Ni, 12-27Cr, 3,5-6,5Al ост.Fe |
1,2-1,5 |
65-100 |
1120-1470 |
——- |
Микропровода
|
Медь |
Серебро |
Никель |
Манганин |
60НГХ |
63НГХ |
|
|
∅ по жиле мкм |
10-200 |
10-70 |
3-20 |
3-20 |
3-20 |
3-20 |
|
∅по изол. |
18-280 |
20-105 |
10-32 |
15-26 |
12-35 |
12-35 |
|
Rпог, Ом/м |
— |
— |
— |
55000-2000* |
180000-6000* |
180000-5000* |
|
Траб, К |
213-673 |
213-673 |
213-673 |
213-353 |
Резистор идентифицируется по цвету полос. Бывают 4, 5 и 6-ти полосные резисторы. Чтобы рассчитать сопротивление резистора, вы можете выбрать соответствующие цветовые полосы в указанном выше калькуляторе цветового кода резистора .
Как рассчитать сопротивление?
Просто взгляните на таблицу цветового кода резистора ниже и посмотрите, как рассчитывается значение сопротивления в соответствии с этой таблицей.
Расчетное сопротивление для 5-ти полосного резистора
Где,
‘ a’ представляет 1 -ю значащую цифру , которая является первым цветом полосы резистора.
‘ b’ представляет 2 и значащую цифру, которая является вторым цветом полосы резистора.
‘ c’ представляет 3 -ю значащую цифру , которая является третьей полосой цвета резистора.
‘ d’ представляет собой 4 -ю значащую цифру , которая является четвертым цветом полосы резистора, и это значение множителя, используемое в формуле.
‘ e’ представляет 5 -ю значащую цифру , которая является пятой полосой цвета резистора, и это значение допуска резистора.
|
5-полосный |
Имя |
Описание |
|
1 st Полоса |
а |
1 st значащая цифра |
|
2 nd Группа |
б |
2 nd значащая цифра |
|
3 ряд Лента |
с |
3 ряд значащая цифра |
|
4 -й Диапазон |
д |
Множитель |
|
5 -й Диапазон |
e |
Допуск |
Давайте возьмем пример 5-полосного резистора с цветами, указанными на изображении выше (коричневый, зеленый, красный, черный и золотой).
Значит, по формуле сопротивление будет: 152 * 1 = 152 Ом с допуском 5%.
Калькулятор цветового кода 6-полосного резистора
Резистор определяется по цвету полос. Бывают 4, 5 и 6-ти полосные резисторы. Чтобы рассчитать сопротивление резистора, вы можете выбрать соответствующие цветовые полосы в указанном выше калькуляторе цветового кода резистора .
Как рассчитать сопротивление?
Просто взгляните на таблицу цветового кода резистора ниже и посмотрите, как рассчитывается значение сопротивления в соответствии с этой таблицей.
Расчетное сопротивление для 6-ти полосного резистора
‘ a’ представляет 1 -ю значащую цифру , которая является первым цветом полосы резистора.
‘ b’ представляет 2 и значащую цифру, которая является вторым цветом полосы резистора.
‘ c’ представляет 3 -ю значащую цифру , которая является третьей полосой цвета резистора.
‘ d’ представляет собой 4 -ю значащую цифру , которая является четвертым цветом полосы резистора, и это значение множителя, используемое в формуле.
‘ e’ представляет собой 5 -ю значащую цифру , которая является пятой полосой цвета резистора, и это значение допуска резистора.
‘ f ’ представляет 6 -ю значащую цифру , которая является шестой полосой цвета резистора, и это значение температурного коэффициента резистора.
|
6-полосный |
Имя |
Описание |
|
1 st Полоса |
а |
1 st значащая цифра |
|
2 nd Группа |
б |
2 nd значащая цифра |
|
3 ряд Лента |
с |
3 ряд значащая цифра |
|
4 -й Диапазон |
д |
Множитель |
|
5 -й Диапазон |
e |
Допуск |
|
6 th Band |
f |
Температурный коэффициент |
Давайте возьмем пример 6-полосного резистора с цветами, указанными на изображении выше (коричневый, черный, оранжевый, красный, золотой и коричневый).
Значит, согласно формуле сопротивление будет: 103 * 100 = 10300 Ом с допуском 5% и значением температурного коэффициента 100 ppm / K.
Расчет резистора и конденсатора в бестрансформаторных источниках питания
В этом посте объясняется, как рассчитать номиналы резисторов и конденсаторов в цепях бестрансформаторных источников питания с использованием простых формул, таких как закон сопротивления.
Анализ емкостного источника питания
Прежде чем мы изучим формулу для расчета и оптимизации значений резистора и конденсатора в бестрансформаторном источнике питания, важно сначала подвести итог стандартной конструкции бестрансформаторного источника питания.
Ссылаясь на схему, различным задействованным компонентам назначаются следующие конкретные функции:
C1 — неполярный высоковольтный конденсатор, который вводится для снижения смертельного сетевого тока до желаемых пределов в соответствии со спецификацией нагрузки. Таким образом, этот компонент становится чрезвычайно важным из-за назначенной функции ограничения сетевого тока.
D1 — D4 сконфигурированы как мостовой выпрямитель для выпрямления пониженного переменного тока из C1, чтобы сделать выход подходящим для любой предполагаемой нагрузки постоянного тока.
Z1 предназначен для стабилизации выхода до требуемых безопасных пределов напряжения.
C2 устанавливается для фильтрации любых пульсаций постоянного тока и создания идеально чистого постоянного тока для подключенной нагрузки.
R2 может быть дополнительным, но рекомендуется для устранения скачков напряжения при включении от сети, хотя предпочтительно этот компонент необходимо заменить термистором NTC.
Использование закона Ома
Все мы знаем, как работает закон Ома и как его использовать для поиска неизвестного параметра, когда известны два других.Однако с емкостным типом источника питания, имеющим особенности и подключенными к нему светодиодами, расчет тока, падения напряжения и резистора светодиода становится немного запутанным.
Как рассчитать и вывести параметры тока и напряжения в бестрансформаторных источниках питания.
После тщательного изучения соответствующих шаблонов я разработал простой и эффективный способ решения вышеуказанных проблем, особенно когда используемый источник питания является бестрансформаторным или включает конденсаторы PPC или реактивное сопротивление для управления током.
Оценка тока в емкостных источниках питания
Обычно бестрансформаторный источник питания выдает выходной сигнал с очень низкими значениями тока, но с напряжениями, равными приложенной сети переменного тока (пока она не будет загружена).
Например, 1 мкФ, 400 В (напряжение пробоя) при подключении к источнику питания 220 В x 1,4 = 308 В (после моста) будет производить максимальный ток 70 мА и начальное показание напряжения 308 Вольт.
Однако это напряжение будет демонстрировать очень линейное падение по мере того, как выход будет загружен и ток будет поступать из резервуара «70 мА».
Мы знаем, что если нагрузка потребляет все 70 мА, это означает, что напряжение упадет почти до нуля.
Теперь, поскольку это падение линейно, мы можем просто разделить начальное выходное напряжение на максимальный ток, чтобы найти падения напряжения, которые могут возникнуть при разных величинах токов нагрузки.
Таким образом, деление 308 В на 70 мА дает 4,4 В. Это скорость, с которой напряжение будет падать на каждый 1 мА тока, добавляемого к нагрузке.
Это означает, что если нагрузка потребляет ток 20 мА, падение напряжения будет 20 × 4.4 = 88 вольт, поэтому на выходе теперь будет напряжение 308 — 62,8 = 220 вольт постоянного тока (после моста).
Например, если светодиод мощностью 1 Вт, подключенный непосредственно к этой цепи без резистора, будет показывать напряжение, равное прямому падению напряжения светодиода (3,3 В), это связано с тем, что светодиод потребляет почти весь ток, доступный от конденсатора. Однако напряжение на светодиоде не падает до нуля, потому что прямое напряжение — это максимальное заданное напряжение, которое может упасть на нем.
Из приведенного выше обсуждения и анализа становится ясно, что напряжение в любом блоке питания несущественно, если ток выдачи мощности источника питания «относительно» низок.
Например, если мы рассмотрим светодиод, он может выдерживать ток от 30 до 40 мА при напряжениях, близких к его «прямому падению напряжения», однако при более высоких напряжениях этот ток может стать опасным для светодиода, поэтому все дело в поддержании максимального тока равным максимально допустимому пределу допустимой нагрузки.
Расчет номиналов резисторов
При расчете номиналов последовательных резисторов со светодиодами вместо прямого использования стандартной формулы для светодиодов мы можем сначала использовать приведенное выше правило.
Это означает, что либо мы выбираем конденсатор, значение реактивного сопротивления которого обеспечивает только максимально допустимый ток для светодиода, и в этом случае можно полностью отказаться от резистора.
Если емкость конденсатора велика при более высоких выходных токах, то, вероятно, как обсуждалось выше, мы можем включить резистор, чтобы снизить ток до допустимых пределов.
Расчет резистора светодиода 20 мА
Пример: На показанной диаграмме емкость конденсатора дает 70 мА макс. ток, который может выдержать любой светодиод. Используя стандартную формулу светодиод / резистор:
R = (напряжение питания VS — прямое напряжение светодиода VF) / ток светодиода IL,
= (220 — 3.3) /0.02 = 10.83K,
Однако значение 10.83K выглядит довольно огромным и значительно снизит яркость светодиода …. тем не менее расчеты выглядят абсолютно корректными …. так что мы упустили что-то здесь ??
Я думаю, что здесь напряжение «220» может быть неправильным, потому что в конечном итоге светодиоду потребуется всего 3,3 В …. так почему бы не применить это значение в приведенной выше формуле и не проверить результаты? Если вы использовали стабилитрон, то здесь можно было бы применить значение стабилитрона.
Хорошо, мы снова.
R = 3,3 / 0,02 = 165 Ом
Теперь это выглядит намного лучше.
Если вы использовали, скажем, стабилитрон 12 В перед светодиодом, формулу можно рассчитать следующим образом:
R = (напряжение питания VS — прямое напряжение светодиода VF) / ток светодиода IL,
= (12 — 3.3) / 0,02 = 435 Ом,
Следовательно, номинал резистора для безопасного управления одним красным светодиодом будет около 400 Ом.
Определение тока конденсатора
Во всей бестрансформаторной конструкции, рассмотренной выше, C1 является одним из важнейших компонентов, размеры которого необходимо правильно подобрать, чтобы выходной ток от него был оптимально оптимизирован в соответствии со спецификацией нагрузки.
Выбор конденсатора высокой емкости для относительно меньшей нагрузки может увеличить риск чрезмерного импульсного тока, проникающего в нагрузку и более раннего ее повреждения.
Правильно рассчитанный конденсатор, напротив, обеспечивает контролируемый импульсный бросок и номинальное рассеивание, сохраняя адекватную безопасность для подключенной нагрузки.
Использование закона Ома
Величина тока, которая может быть оптимально допустимой через бестрансформаторный источник питания для конкретной нагрузки, может быть рассчитана с использованием закона Ома:
I = V / R
, где I = ток, В = Напряжение, R = Сопротивление
Однако, как мы видим, в приведенной выше формуле R — нечетный параметр, поскольку мы имеем дело с конденсатором в качестве элемента ограничения тока.
Чтобы взломать это, нам нужно получить метод, который будет переводить значение ограничения тока конденсатора в Ом или единицу сопротивления, чтобы можно было решить формулу закона Ома.
Расчет реактивного сопротивления конденсатора
Для этого мы сначала выясняем реактивное сопротивление конденсатора, которое можно рассматривать как эквивалент сопротивления резистора.
Формула реактивного сопротивления:
Xc = 1/2 (pi) fC
где Xc = реактивное сопротивление,
pi = 22/7
f = частота
C = емкость конденсатора в фарадах
Результат, полученный по приведенной выше формуле, выражается в Омах, которые можно напрямую подставить в наш ранее упомянутый закон Ома.
Давайте решим пример для понимания реализации приведенных выше формул:
Давайте посмотрим, какой ток конденсатор 1 мкФ может выдать на конкретную нагрузку:
У нас в руках следующие данные:
pi = 22/7 = 3,14
f = 50 Гц (частота переменного тока сети)
и C = 1 мкФ или 0,000001F
Решение уравнения реактивного сопротивления с использованием приведенных выше данных дает:
Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001)
= 3184 Ом приблизительно
Подставив это эквивалентное значение сопротивления в формулу закона Ома, мы получим:
R = V / I
или I = V / R
Предполагая V = 220 В (поскольку конденсатор предназначен для работы с напряжением сети.)
Получаем:
I = 220/3184
= 0,069 ампер или 69 мА примерно
Аналогичным образом можно рассчитать другие конденсаторы, зная их максимальную пропускную способность по току или номинальные значения.
Приведенное выше обсуждение всесторонне объясняет, как можно рассчитать ток конденсатора в любой соответствующей схеме, особенно в бестрансформаторных емкостных источниках питания.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВЫШЕУКАЗАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ НЕ ИЗОЛИРУЕТСЯ ОТ СЕТИ, ПОЭТОМУ ВСЕ УСТРОЙСТВО МОЖЕТ ПЛАВАТЬ ПО СРЕДСТВОМ ВХОДНОЙ СЕТИ, БУДЬТЕ ОЧЕНЬ ОСТОРОЖНЫ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ.
О Swagatam
Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!