Todos los dispositivos electrónicos contienen resistencias como elemento principal. Se utiliza para cambiar la cantidad de corriente en un circuito eléctrico. El artículo presenta las propiedades de las resistencias y los métodos para calcular su potencia.
Asignación de resistencias
Las resistencias se utilizan para regular la corriente en los circuitos eléctricos. Esta propiedad está definida por la Ley de Ohm:
I=U/R (1)
De la fórmula (1) se ve claramente que cuanto menor es la resistencia, más fuerte aumenta la corriente, y viceversa, cuanto menor es el valor de R, mayor es la corriente. Es esta propiedad de la resistencia eléctrica la que se utiliza en ingeniería eléctrica. Sobre la base de esta fórmula, se crean circuitos divisores de corriente, que se utilizan ampliamente en dispositivos eléctricos.
En este circuito, la corriente de la fuente se divide en dos, inversamente proporcional a las resistencias de los resistores.
Además de la regulación de corriente, las resistencias se utilizan en los divisores de tensión. En este caso, la ley de Ohm se usa nuevamente, pero en una forma ligeramente diferente:
U=I∙R (2)
De la fórmula (2) se deduce que a medida que aumenta la resistencia, aumenta el voltaje. Esta propiedadutilizado para construir circuitos divisores de tensión.
Del diagrama y la fórmula (2) es claro que los voltajes a través de las resistencias se distribuyen en proporción a las resistencias.
Imagen de resistencias en diagramas
Según el estándar, las resistencias se representan como un rectángulo con dimensiones de 10 x 4 mm y se indican con la letra R. La potencia de las resistencias a menudo se indica en el diagrama. La imagen de este indicador se realiza mediante líneas oblicuas o rectas. Si la potencia es superior a 2 vatios, la designación se realiza en números romanos. Esto generalmente se hace para resistencias bobinadas. Algunos estados, como Estados Unidos, utilizan otras convenciones. Para facilitar la reparación y el análisis del circuito, a menudo se da la potencia de las resistencias, cuya designación se lleva a cabo de acuerdo con GOST 2.728-74.
Especificaciones del dispositivo
La característica principal de la resistencia es la resistencia nominal Rn, que se indica en el diagrama cerca de la resistencia y en su caja. La unidad de resistencia es ohm, kiloohm y megaohm. Los resistores están hechos con una resistencia de fracciones de un ohmio a cientos de megaohmios. Existen muchas tecnologías para la producción de resistencias, todas ellas tienen ventajas y desventajas. En principio, no existe ninguna tecnología que permita la fabricación absolutamente precisa de una resistencia con un valor de resistencia determinado.
La segunda característica importante es la desviación de la resistencia. Se mide en % de R nominal. Hay un rango estándar de desviación de resistencia: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% y más hastavalores ±0.001%.
La siguiente característica importante es la potencia de las resistencias. Durante el funcionamiento, se calientan por la corriente que los atraviesa. Si la disipación de energía excede el valor permitido, el dispositivo fallará.
Los resistores cambian su resistencia cuando se calientan, por lo que para los dispositivos que funcionan en un amplio rango de temperatura, se introduce una característica más: el coeficiente de temperatura de la resistencia. Se mide en ppm/°C, es decir, 10-6 Rn/°C (millonésima parte de Rn por 1°C).
Conexión en serie de resistencias
Las resistencias se pueden conectar de tres maneras diferentes: en serie, en paralelo y mixtas. Cuando se conectan en serie, la corriente pasa a través de todas las resistencias a su vez.
Con tal conexión, la corriente en cualquier punto del circuito es la misma, se puede determinar mediante la ley de Ohm. La resistencia total del circuito en este caso es igual a la suma de las resistencias:
R=200+100+51+39=390 ohmios;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Ahora puede determinar la potencia cuando las resistencias están conectadas en serie, se calcula mediante la fórmula:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
La potencia de las resistencias restantes se determina de la misma manera:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 martes;
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 mar.
Si sumas la potencia de las resistencias, obtienes la P completa:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 martes
Conexión en paralelo de resistencias
En una conexión en paralelo, todos los comienzos de las resistencias están conectados a un nodo del circuito y los extremos a otro. Con esta conexión, la corriente se bifurca y fluye a través de cada dispositivo. La magnitud de la corriente, según la ley de Ohm, es inversamente proporcional a las resistencias, y el voltaje en todas las resistencias es el mismo.
Antes de encontrar la corriente, debe calcular la conductividad total de todas las resistencias utilizando la conocida 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.
La resistencia es el recíproco de la conductividad:
R=1/0, 06024=16,6 ohmios.
Usando la ley de Ohm, encuentre la corriente a través de la fuente:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Conociendo la corriente a través de la fuente, encuentre la potencia de las resistencias conectadas en paralelo mediante la fórmula:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 mar.
Según la ley de Ohm, la corriente a través de las resistencias se calcula:
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.
Se puede usar una fórmula ligeramente diferente para calcular la potencia de las resistencias en conexión en paralelo:
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 martes
Si sumas todo, obtienes la potencia de todas las resistencias:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 mar.
Conexión mixta
Los esquemas con conexión mixta de resistencias contienen conexión en serie y en paralelo al mismo tiempo. Este circuito es fácil de convertir reemplazando la conexión en paralelo de las resistencias con las de la serie. Para ello, primero sustituya las resistencias R2 y R6 por su total R2, 6, utilizando la siguiente fórmula:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
De la misma manera, dos resistencias en paralelo R4, R5 se reemplazan por una R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
El resultado es un circuito nuevo y más simple. Ambos esquemas se muestran a continuación.
La potencia de las resistencias en un circuito de conexión mixta se determina mediante la fórmula:
P=U∙I.
Para calcular esta fórmula, primero encuentre el voltaje a través de cada resistencia y la cantidad de corriente a través de ella. Puede usar otro método para determinar la potencia de las resistencias. Para estose utiliza la formula:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Si solo se conoce el voltaje a través de las resistencias, entonces se usa otra fórmula:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Las tres fórmulas se utilizan a menudo en la práctica.
Cálculo de los parámetros del circuito
El cálculo de los parámetros del circuito es encontrar corrientes y voltajes desconocidos de todas las ramas en las secciones del circuito eléctrico. Con estos datos se puede calcular la potencia de cada resistencia incluida en el circuito. Anteriormente se han mostrado métodos de cálculo simples, pero en la práctica la situación es más complicada.
En los circuitos reales, a menudo se encuentra la conexión de resistencias con una estrella y un delta, lo que crea importantes dificultades en los cálculos. Para simplificar tales esquemas, se han desarrollado métodos para convertir una estrella en un triángulo y viceversa. Este método se ilustra en el siguiente diagrama:
El primer circuito tiene una estrella conectada a los nodos 0-1-3. La resistencia R1 está conectada al nodo 1, R3 al nodo 3 y R5 al nodo 0. En el segundo diagrama, las resistencias triangulares están conectadas a los nodos 1-3-0. Las resistencias R1-0 y R1-3 están conectadas al nodo 1, R1-3 y R3-0 están conectadas al nodo 3 y R3-0 y R1-0 están conectadas al nodo 0. Estos dos esquemas son completamente equivalentes.
Para pasar del primer circuito al segundo, se calculan las resistencias de las resistencias triangulares:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Otras transformaciones se reducen al cálculo de resistencias conectadas en paralelo y en serie. Cuando se encuentra la impedancia del circuito, la corriente a través de la fuente se encuentra de acuerdo con la ley de Ohm. Usando esta ley, no es difícil encontrar las corrientes en todas las ramas.
¿Cómo determinar la potencia de las resistencias después de encontrar todas las corrientes? Para ello utilizamos la conocida fórmula: P=I2∙R, aplicándola para cada resistencia, encontraremos su potencia.
Determinación experimental de las características de los elementos del circuito
Para determinar experimentalmente las características deseadas de los elementos, se requiere ensamblar un circuito dado a partir de componentes reales. Después de eso, con la ayuda de instrumentos de medición eléctricos, se realizan todas las mediciones necesarias. Este método es laborioso y costoso. Los diseñadores de dispositivos eléctricos y electrónicos utilizan programas de simulación para este fin. Con la ayuda de ellos, se realizan todos los cálculos necesarios y se modela el comportamiento de los elementos del circuito en diversas situaciones. Solo después de eso se ensambla un prototipo de un dispositivo técnico. Uno de estos programas comunes es el poderoso sistema de simulación Multisim 14.0 de National Instruments.
¿Cómo determinar la potencia de las resistencias usando este programa? Esto se puede hacer de dos formas. El primer método consiste en medir la corriente y el voltaje con un amperímetro y un voltímetro. Al multiplicar los resultados de la medición, se obtiene la potencia requerida.
A partir de este circuito determinamos la potencia de resistencia R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.
El segundo método es la medición directa de la potencia enutilizando un vatímetro.
De este diagrama se puede ver que la potencia de la resistencia R3 es P3=20.8 mW. La discrepancia debida al error en el primer método es mayor. Las potencias de otros elementos se determinan de la misma manera.
