Резисторы: последовательное и параллельное соединение, токоограничивающие и подтягивающие сопротивления
Резистор (сопротивление) — один из наиболее распространённых компонентов в электронике. Его назначение — простое: сопротивляться течению тока, преобразовывая его часть в тепло.
Основной характеристикой резистора является сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем большая часть тока рассеивается в тепло. В схемах, питаемых небольшим напряжением (5 – 12 В), наиболее распространены резисторы номиналом от 100 Ом до 100 кОм.
Закон Ома
Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока I, напряжение U, сопротивление R, если известны две остальные:
Расчитаем силу тока, проходящего через резистор R1 и, соответственно, затем через лампу L1. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением.
При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:
Стягивающие и подтягивающие резисторы
Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со входными контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему
Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:
Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание.
Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:
То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.
Делитель напряжения
Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в отдельной статье.
Мощность резисторов
Резисторы помимо сопротивления обладают ещё характеристикой мощности. Она определяет нагрузку, которую способен выдержать резистор. Среди обычных керамических резисторов наиболее распространены показатели 0.25 Вт, 0.5 Вт и 1 Вт. Для расчёта нагрузки, действующей на резистор, используйте формулу:
Пиши ответы и зарабатывай! Вамбер платит до 2.5 руб. за каждый ответ. Всё что нужно — это пройти регистрацию и писать хорошие ответы. Платим каждую неделю на сотовый телефон или yoomoney (Яндекс Деньги). Правила здесь.
Выражение «замкнуть накоротко» означает соединение двух проводников электро-цепи с противоположными электрическими потенциалами. В сети переменного тока накоротко можно замкнуть «ноль» и «фазу». В случае с постоянным током накоротко замыкается «плюс» и «минус». Замыкание проводников накоротко обозначается техническим термином «короткое замыкание».
Таковое может приключиться в случае нарушения целостности изоляции, либо при механическом контакте разноимённых неизолированных проводников, которые во избежание КЗ изначально разнесены на безопасное расстояние. Так же короткое замыкание возникает в нагрузке обладающей меньшим сопротивлением по отношению к внутреннему сопротивлению источника электропитания.
Вы можете войти или зарегистрироваться, чтобы добавить ответ и получить бонус.
Что значит замкнуть накоротко
Электротехника – это наука, которая изучает физические явления, связанные с созданием, передачей и использованием электроэнергии. Область электротехники очень широка и включает в себя такие понятия, как электрическое поле, ток, напряжение, сопротивление и многое другое.
Один из ключевых моментов при работе с электротехникой – это понимание основных понятий и терминов, которые используются в этой области. Например, многие слышали о том, что можно «замкнуть накоротко» электрическую цепь. Но что это значит и как это может повлиять на работу электрических устройств?
В данной статье мы рассмотрим основные понятия электротехники и подробно разберемся в том, что значит «замкнуть накоротко», какие последствия это может иметь и как избежать возможных проблем.
Понятие электрического тока и его измерение
Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов в проводнике, вызванное наличием разности потенциалов между его концами.
Измерять электрический ток можно с помощью амперметра, который подключается последовательно к проводнику, по которому течет ток. Амперметр имеет сопротивление, так что при подключении он изменяет значение тока в цепи. Поэтому величина тока, измеренная амперметром, является мгновенной величиной в момент измерения.
Единица измерения электрического тока — ампер (А). Один ампер это такой ток, который при прохождении через два параллельных проводника, расположенных на расстоянии одного метра друг от друга, вызывает между ними силу взаимодействия в один ньютон. Это определение дано в законе Ома-Ампера.
В небольших цепях ток мал и измеряется миллиамперметром (мА). Также используются значительно большие единицы измерения тока, например, килоампер (кА) или мегаампер (МА), которые используются для измерения очень больших токов при работе с высоковольтными линиями электропередач.
Для определения электрического тока используют электрические приборы: амперметры, цифровые мультиметры и другие.
Основные законы электрической цепи
Закон Ома является основным законом электрической цепи. Он гласит, что сила тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна напряжению, которое приложено к этому проводнику, и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Закон Кирхгофа объясняет физический закон сохранения энергии в электрической цепи. Он гласит, что сумма всех токов, входящих в узел, равна сумме всех токов, исходящих из этого узла. Этот закон также называют законом сохранения заряда.
Закон Фарадея-Ленца определяет электромагнитную индукцию и говорит о том, что электрическое поле, изменяющееся во времени, создает магнитное поле, которое в свою очередь индуцирует электрическое поле. Этот закон является основой индукционного явления.
- Закон Джоуля-Ленца определяет тепловое развитие в электрической цепи. Он утверждает, что при прохождении тока через проводник происходит выделение тепла, которое пропорционально силе тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
- Закон Пуассона гласит, что отношение напряжения к току в узком участке цепи, таком как полупроводниковый диод, остается постоянным при различных значениях напряжения и тока.
Важно понимать и уметь применять эти законы электрической цепи для решения задач и проектирования электрических схем.
Различные типы электрических цепей и их особенности
Серийная цепь – это цепь, в которой элементы подключены друг за другом таким образом, что электрический ток проходит через каждый элемент. В серийной цепи сопротивление электрического тока увеличивается с каждым добавленным элементом сопротивления. Также здесь наблюдается снижение напряжения на каждом последующем элементе.
Параллельная цепь – это цепь, в которой элементы подключены параллельно друг другу, и ток распределяется между ними. В параллельной цепи сопротивление уменьшается с каждым новым элементом, что делает ток более интенсивным. Здесь напряжение одинаково на каждом элементе, и это позволяет более эффективно использовать электрическую энергию.
Смешанная цепь — это цепь, в которой один или несколько элементов подключены параллельно, а остальные — последовательно. В смешанной цепи поведение элементов зависит от их положения в цепи и их характеристик.
Замкнутая цепь – это цепь, в которой нет обрыва, и ток может свободно течь через элементы. Замкнутая цепь образуется в тех случаях, когда источник энергии соединен с элементом, а затем элемент соединен с другим элементом или возвращается к источнику энергии.
Все эти различные типы цепей имеют свои уникальные характеристики, которые определяются организацией подключенных элементов. Различия в напряжении и сопротивлении могут сильно влиять на работу электрической цепи.
Замыкании накоротко
Схема работает следующим образом: при замыкании контактов одного из первичных реле подается напряжение на промежуточное реле 1РП — при аварийном сигнале или на реле времени РВ — при предупреждающем сигнале. Реле времени в схеме предупреждающей
П р и м е ч а и и е. В числителе — скорость при замыкании контактов, в знаменателе — скорость при размыкании контактов,
Напряжение срабатывания и возврата указательных и промежуточных реле и реле времени лучше проверять в схеме, в которой они работают с участием всех ее элементов. В этом случае удобно токовые указательные реле (реле последовательного включения) также проверять по напряжению срабатывания. После проверки отдельных реле в такой схеме производится опробование при пониженном оперативном напряжении (0,8 ?/ном), при этом реле /(L должно срабатывать при замыкании контактов защиты F1 (например, максимальной токовой К/4) или защиты F2 (например, газовой KSG). Если возможно одновременное срабатывание различных защит, то для надежной работы указательных реле приходится устанавливать резистор R2, который, увеличивая ток в реле КН 1 и КН2, одновременно увеличивает нагрузку на контакты реле /04 и др. В таких случаях следует проверять, не будет ли нагрузка слишком большой, что особенно опасно, если после отключения тока короткого замыкания маломощные контакты реле будут размыкать цепь. Допустимые токи нагрузки и отключающая способность контактов реле приводятся в каталогах и справочниках для каждого типа реле. Нагрузка, Вт, может быть подсчитана по формуле
форматоров напряжения TV, якорь реле подтянут и контакты разомкнуты (на 12.7 эти контакты замкнуты, так как положение контактов реле на схемах показывается для обесточенного состояния защиты); при замыкании контактов токовых реле КА4, КА5, К.А6 защита не работает.
Поочередно замыкают контакты реле KV1, KV2, KV3 (убирают бумажки) и убеждаются, что реле ДТ7 не работает, но работает сигнал обрыва цепи напряжения. Размыкают контакты KV2 и K.V3 и замыкают K.V1, далее замыкают поочередно К.А4, КА5, КА6 и убеждаются, что работает КТ7 и выпадает указатель реле КН8. То же повторяют при замыкании контактов реле KV2 (KV1 и KV3 разомкнуты) и KV3 (KV1 и KV2 разомкнуты).
щая имитировать все виды коротких замыканий различной удаленности. Перед этим убеждаются в правильности выполнения всех цепей постоянного тока проверкой взаимодействия элементов защиты при замыкании контактов реле от руки. Взаимодействие реле должно соответствовать принципиальной схеме защиты.
После срабатывания реле РУВ и ЭРЗ включаются контактор движения вперед В, контактор быстрого движения Б (по цепи катушки Б — блок-контакт Мл — выключатель большой частоты вращения ВБ — контакты реле РИСЗ и ЭРЗ). При замыкании контактов В к Б двигатель подключается к сети, включаются контактор Т, растормаживающий канатоведущий шкив, и контактор отводки /(О, включающий электромагнит отводки МО и подготавливающий к включению цепь катушки контактора малой частоты вращения Мл. Огводка втягивается, освобождая рычаг замка, и кабина приходит в движение.
После срабатывания реле РУВ и ЭРЗ включаются контактор движения вперед В, контактор быстрого движения Б (по цепи катушки Б — блок-контакт Мл — выключатель большой частоты вращения ВБ — контакты реле РИСЗ и ЭРЗ). При замыкании контактов В к Б двигатель подключается к сети, включаются контактор Т, растормаживающий канатоведущий шкив, и контактор отводки /(О, включающий электромагнит отводки МО и подготавливающий к включению цепь катушки контактора малой частоты вращения Мл. Огводка втягивается, освобождая рычаг замка, и кабина приходит в движение.
Более твердые металлы менее подвержены электрическому износу. Для предохранения контактов от эрозии контакты шунтируют емкостью ( 7-15); это уменьшает ток между контактами при их разрыве. Электрическая энергия затрачивается при этом на заряд конденсатора. Так как при повторном замыкании контактов конденсатор разряжается через промежуток между контактами, причем первоначальный разрядный ток может достигать значительной величины, приводя к привариванию контактов и усилению эрозии, то последовательно с емкостью устанавливают дополнительное активное сопротивление. Явление эрозии проявляется более явно при увеличении индуктивности цепи.
Включается вводный выключатель ВВ и подается напряжение на главные и вспомогательные цепи тока. При замыкании контактов кнопки 2КУ «пуск» подается питание на катушку контактора К. Силовые контакты К замыкаются, и электродвигатель Д присоединяется к сети при полном пусковом сопротивлении в роторе. Блокировочные контакты К шунтируют кнопку 2КУ, создавая цепи питания катушек К и блокировочного реле РБ.
При замыкании контактов вводного выключателя ВВ на цепи главного тока и управления подается напряжение. Если командо-контроллер находится в нулевом положении, контакты К.1 замкнуты и получает питание катушка реле напряжения РН, обеспечивая возможность пуска электродвигателя Д, лишь начиная с нулевого положения командоконтроллера. Замыкающий контакт реле РН обеспечивает независимое питание катушки РН, вследствие чего замыкание контактов К.1 становится излишним.
Если обкладки ранее заряженного конденсатора замкнуть, накоротко на малое время (секунды), то после размыкания напряжение на них может снова увеличиться до некоторого значения. Это явление, свойственное конденсаторам с замедленной поляризацией (многослойным, с неоднородностями диэлектрика), называется абсорбцией электрических зарядов. В первом приближении его можно объяснить, пользуясь эквивалентной схемой конденсатора, представленной на 4.3. При замыкании накоротко на малое время выводов обкладок 1—2 разрядиться полностью успевает только основная емкость конденсатора С, обусловленная быстрой поляризацией. В диэлектрике на поверхностях раздела, на неоднородностях и в некоторых других местах накапливаются объемные заряды, на образование которых затрачивается значительное время, измеряемое иногда десятками минут. На 4.3 наличие таких зарядов показано в виде абсорбционной емкости Са, подключенной к основной (С) через эквивалентное сопротивление Ra. С ростом температуры токи абсорбции увеличиваются по закону, близкому к показательному. От величины приложенного напряжения они зависят линейно.
Короткое замыкание (к. з.) как аварийный режим имеет место при замыкании накоротко зажимов источника энергии или проводов линии от источника энергии к приемнику, когда ток ограничивается только внутренним сопротивлением источника или источника и проводов линии, например при замыкании проводов сети электроснабжения. Токи при этом достигают недопустимо больших значений, опасных по перегреву для проводов сети. Поврежденный участок должен быть возможно быстрее отключен с помощью автоматического выключателя или при перегорании предохранителей. Короткое замыкание участков цепи может выполняться и преднамеренно для исследования цепей, когда при пониженном напряжении питания замыкаются, предположим, выходные зажимы цепи, на которые включен какой-либо приемник или участок цепи. При этом можно измерить сопротивление этой цепи при исключенном участке.
Внутреннее сопротивление г„ эквивалентного генератора определится отношением этого напряжения к току к. з. /к при замыкании накоротко зажимов а и Ь:
Определить ток ветви можно п по данным измерений напряжения х. х. при размыкании ветви аЬ и тока к. з. при замыкании накоротко зажимов а и Ь.
При замыкании накоротко зажимов cud для определения сопротивления RB цепи между точками а и b (см. 3.15, г) цепь превращается в параллельно-последовательную, откуда
Электромагнитное реле времени, показанное на 9-12, допускает выдержку времени только при отключении или замыкании накоротко втягивающей катушки. Индуктивность короткозамкнутой катушки при этом значительна и якорь может удерживаться в притянутом состоянии и после потери питания.
Для сопротивления Zr цепи между точками а и b при разомкнутой ветви измерительного прибора и при замыкании накоротко точек cud ( 5-23) будем иметь выражение
Короткое замыкание (КЗ) как аварийный режим имеет место при замыкании накоротко зажимов источника энергии или проводов линии от источника энергии к приемнику, когда ток ограничивается только внутренним сопротивлением источника или источника и проводов линии, например при замыкании проводов сети электроснабжения. Токи при этом достигают недопустимо больших значений, опасных по перегреву для проводов сети. Поврежденный участок должен быть возможно быстрее отключен с помощью автоматического выключателя или при перегорании предохранителей. Короткое замыкание участков цепи может выполняться и преднамеренно для исследования цепей, когда при пониженном напряжении питания замыкаются, предположим, выходные зажимы цепи, на которые включен какой-либо приемник или участок цепи.
Внутреннее сопротивление г„ эквивалентного генератора определится отношением этого напряжения к току короткого замыкания 1К при замыкании накоротко зажимов а и Ь:
Определить ток ветви можно и по данным измерений напряжения холостого хода при размыкании ветви ab и тока короткого замыкания при замыкании накоротко зажимов а и Ъ.
Последовательная обратная связь по напряжению может охватывать один или несколько каскадов. В качестве примера на 7.31 приведена схема усилителя, где таким видом обратной связи охвачены два каскада. Цепь обратной связи состоит из вторичной обмотки трансформатора Тр и резистора Яф Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, вызывает в цепи обратной связи ток, который создает на резисторе R3p падение напряжения обратной связи 1/р, противофазное с входным напряжением. При замыкании накоротко резистора RH напряжение снижается до нуля, что подтверждает наличие обратной связи по напряжению.