Расчет резистора для светодиода ограничительного, по току и напряжению

Делитель напряжения на резисторах 1

Рассмотрим, как рассчитать практически любой делитель напряжения на резисторах. Преимущественное большинство радиоэлектронных элементов и микросхем питаются относительно низким напряжением – 3…5 В. А многие блоки питания выдают U = 9 В, 12 В или 24 В. Поэтому для надежной и стабильной работы различных электронных элементов необходимо снижать величину напряжения до приемлемого уровня. В противном случае может наступить пробой радиоэлектронных элементов. Особенно следует уделять внимание микросхемам – наиболее чувствительным элементам к повышенному напряжению.

Существуют много способов, как снизить напряжение. Выбор того или другого способа зависит от конкретной задачи, что в целом определяет эффективность всего устройства. Мы рассмотрим самый простой способ – делитель напряжения на резисторах, который, тем не менее, довольно часто применяется на практике, но исключительно в маломощных цепях, что поясняется далее.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Чтобы сделать и рассчитать простейший делитель напряжения достаточно соединить последовательно два резистора и подключить их источнику питания. Такая схема очень распространенная и применяется более чем в 90 % случаев.

Вход схемы имеет два вывода, а выход – три. При одинаковых значения сопротивлений R1 и R2 выходные напряжения Uвых1 и Uвых2 также равны и по величине вдвое меньше входного Uвх. Причем выходное U можно сниматься с любого из резисторов – R1 или R2. Если сопротивления не равны, то выходное U будет на резисторе большего номинала.

Точное соотношение Uвых1 к Uвых2 рассчитаем, обратившись к закону Ома. Резисторы вместе с источником питания образуют последовательную цепь, поэтому величина электрического тока, протекающего через R1 и R2 определяется отношением напряжения источника питания Uвх к сумме сопротивлений:

Следует обратить внимание, чем больше сумма сопротивлений, тем меньший ток I при том же значении Uвх.

Далее, согласно закону Ома, подставив значение тока, находим Uвых1 и Uвых2:

Путем подстановки в две последние формулы значение из самой первой формулы, находим значение выходного U в зависимости от входного и сопротивлений двух резисторов:

Применяя делитель напряжения на резисторах, необходимо понимать и помнить следующее:

    1. Коэффициент полезного действия такой схемы довольно низкий, поскольку только часть мощности источника питания поступает к нагрузке, а остальная мощность преобразуется в тепло, выделяемое на резисторах. Чем больше понижается напряжение, тем меньше мощности от источника питания поступит к нагрузке.
  1. Так как нагрузка подключается параллельно к одному из резисторов делителя, то есть шунтирует его, то общее сопротивление цепи снижается и происходит перераспределение падений напряжений. Поэтому сопротивление нагрузки должно быть гораздо больше сопротивления резистора делителя. В противном случае схема будет работать нестабильно с отклонением от заданных параметров.
  2. Распределение U между R1 и R2 определяется исключительно их относительными значениями, а не абсолютными величинами. В данном случае неважно, будут лиR1 и R2 иметь значение 2 кОм и 1 кОм или 200 кОм и 100 кОм. Однако при более низких значениях сопротивлений можно получить большую мощность на нагрузке, но следует помнить, что и больше мощности преобразуется в тепло, то есть израсходуется невозвратно впустую.

Также иногда находят применение и более сложные делители напряжений, состоящие из нескольких последовательно соединенных резисторов.

Делитель напряжения на переменном резисторе

Схему делителя напряжения на переменном резисторе называют схемой потенциометра. Вращая рукоятку громкости музыкального центра или автомагнитолы, вы таким действием плавно изменяете напряжение, подаваемое на усилитель модности звуковой частоты. Принцип работы и сборка простейшего усилителя мощности уже были ранее рассмотрены здесь.

Читайте также:  Ауди А5 2019-2020 (Sportback, S5) фото цена и характеристики нового семейства Audi

При перемещении (вращении) ручки переменного резистора сверху вниз по чертежу происходит плавное изменение U от значения источника питания до нуля.

В звуковой технике главным образом применяются переменные резисторы с логарифмической зависимостью, поскольку слуховой аппарат человек воспринимает звуки с данной зависимостью. Для регулирования уровня звука одновременно по двум каналам используют сдвоенные переменные резисторы.

В качестве делителя напряжения находят применение переменные резисторы, имеющие следующие зависимости сопротивления от угла поворота ручки: логарифмическую, линейную и экспоненциальную. Конкретный тип зависимости применяется для решения отдельной задачи.

Делитель напряжения

Такие устройства применяют для создания нужного напряжения в определенном узле электрической схемы. Это необходимо для обеспечения функциональности регуляторов, фильтров, датчиков. С помощью представленных ниже сведений можно узнать, как рассчитать падение напряжения на резисторе самостоятельно и с применением автоматизированных калькуляторов. Наглядные примеры и квалифицированные рекомендации пригодятся на практике.

Резистивный делитель напряжения

В общем случае устройства этого типа выполняют преобразование по формуле Uвых=Uвх*К, где:

  • Uвх (вых) – напряжения на входе и выходе, соответственно;
  • К – корректирующий множитель, обозначающий передающие способности узла.

Если взять первый пример из рис. выше, для уточнения сути процессов подойдет второй закон Кирхгофа. В соответствии с этим правилом, общее значение напряжений на последовательно соединенных резисторах будет равно сумме ЭДС на каждом элементе. Так как ток не изменяется в замкнутом контуре, для расчета можно использовать закон Ома:

U (напряжение) = I (ток) * R (электрическое сопротивление)

Нижнюю часть схемы (плечо) используют для получения необходимого изменения входного параметра.

Виды и принцип действия

В данной публикации подробно рассмотрен резистивный делитель напряжения. Подразумевается линейность характеристики цепи. В таких схемах упрощен расчет сопротивления для понижения напряжения до необходимого уровня. При подключении источника постоянного тока происходит деление напряжений прямо пропорционально значениям электрических сопротивлений нижнего и верхнего плеча.

Если составить аналогичную схему с конденсаторами, то на вход для поддержания нормальной функциональности придется подать синусоиду. В этом случае также будет выполнено распределение напряжений на элементах с емкостными характеристиками. Однако этот процесс надо рассматривать в динамике, с учетом частоты и соответствующего изменения амплитуды. Аналогичную методику применяют при работе с индуктивными компонентами.

Значения реактивных сопротивлений:

По формулам видно, что сопротивление конденсатора/ катушки обратно (прямо) пропорционально емкости/ индуктивности. Соответственно выбирают значения элементов для деления напряжения.

В представленных примерах принимают бесконечно большим внутреннее сопротивление нагрузки. Для реальных расчетов пользуются более сложными формулами с поправочными коэффициентами. Учитывают действительные комплексные характеристики цепей.

К сведению. В стабилизаторах напряжения и некоторых иных устройствах сопротивление плеча делителя обладает нелинейными параметрами.

Схема делителя напряжения на резисторах

Такие схемы используют для уменьшения выходного напряжения до нужного значения. Деление выполняют в пропорциях, которые предусмотрены конструкторским проектом. Необходимо учитывать реальное влияние нагрузки. Уточняют мощность потребления, чтобы подобрать подходящий резистор нижнего плеча.

Расчет делителя напряжения на резисторах

В простейшей схеме применяют два резистора. При необходимости количество компонентов увеличивают для обеспечения ступенчатой регулировки. Чтобы рассчитать делитель напряжения, калькулятор онлайн использовать не обязательно. Приведенная ниже подробная инструкция поможет получить точный результат собственными силами за несколько минут.

Читайте также:  Лансер 9 неисправности катушки зажигания

Формула делителя напряжения

Для примера взяты определенные значения:

  • Входного постоянного напряжения (Uвх) – 20 Вольт;
  • Сопротивления резисторов R1 и R2 – 20 и 50 кОм, соответственно.

Уменьшение входного напряжения в два раза получится при равных значениях сопротивлений резисторов. Для настоящего примера придется рассчитать пропорцию, пользуясь формулой закона Ома:

Подставив исходные значения, несложно узнать силу тока, протекающего по данной последовательной цепи:

20/ (20 000 + 50 000) = 0,000286 А

На отдельных элементах падения напряжения составят:

  • UR1 = 0,000286 * 20 000 = 5,72 V;
  • UR2 = 0,000286 * 50 000 = 14,3 V.

Для непосредственного расчета напряжения на рабочем плече можно пользоваться формулой:

UR2 = Uвх * R2/ (R1+R2)

Расчет делителя напряжения калькулятором онлайн

Соответствующие программы предлагают посетителям «Паяльник» и другие специализированные сайты бесплатно и без регистрации. В стандартной форме заполняют «окошки» с напряжением на входе и выходе. После подтверждения автоматически выполняется расчет с отображением значений электрических сопротивлений резисторов и рассеиваемых мощностей.

Как понятно из примера, основные формулы не отличаются повышенной сложностью. Однако автоматизированный расчет делителя напряжения на резисторах онлайн (online) позволяет выполнять многократные теоретические эксперименты с минимальными затратами времени. Такой инструмент пригодится для точного определения основных параметров делителя.

Таблица расчетов

Входное напряжение Uвх, V Эл. сопротивление, Ом Рассеиваемая мощность, Вт Напряжение на выходе Uвых, V
R1 R2 R1 R2
12 1000 2000 0,016 0,032 8
12 50000 4545 0,00242 0,00022 1
12 50000 550000 0,00002 0,00022 11,5
12 100 200 0,16 0,32 8

Приведенные цифры демонстрируют, что для существенного уменьшения Uвых сопротивление R1 должно быть значительно больше R2. Обратные пропорции применяют для примерного равенства напряжений на входе и выходе.

Совокупные потери в цепи определяют по рассеиваемой мощности. Чем меньше сопротивление, тем сильнее ток. Для самостоятельных расчетов пользуются формулой:

Применение

Использование такой схемотехники на практике демонстрируют следующие примеры. Для расчетов электрических параметров без учета сопротивления нагрузки подойдут рассмотренные выше ручные и автоматизированные методики.

Потенциометры

Если резистор оснастить ползунком и соответствующим приводом, сопротивления можно будет менять плавно. Это решение позволяет точнее менять напряжения на выходе, по сравнению с дискретными схемами. Главный недостаток – усложнение конструкции, что, кроме удорожания, снижает надежность. Приходится обеспечивать герметичность рабочей зоны для исключения загрязнения и предотвращения коррозийных процессов.

Резистивные датчики

В этом варианте пользуются способностью некоторых материалов увеличивать/ уменьшать электрическое сопротивление под воздействием температуры, светового потока, других внешних воздействий. Созданный на основе этих принципов датчик устанавливают в плечо делителя. По уровню напряжения на выходе контролируют изменение соответствующих параметров.

Цепи обратной связи в усилителях

Таким решением обеспечивают необходимый коэффициент усиления. На представленной ниже схеме этот параметр не будет никогда ниже единицы. Для повышения уровня преобразования увеличивают значение сопротивления R2 по отношению к R1.

Простейшие электрические фильтры

Для фильтрации заменяют конденсатором резисторы R1 или R2. В первом варианте устройство беспрепятственно пропускает высокочастотные составляющие. При снижении частоты до определенного уровня реактивное сопротивление увеличивается, препятствует прохождению тока. Аналогичным образом делают изменения в нижнем плече делителя с целью отсечения низких частот.

Усилитель напряжения

Переменным резистором изменяют уровень сигнала для получения необходимой громкости звучания. В таких устройствах применяют элементы с логарифмической характеристикой изменения сопротивления, что хорошо соответствует естественному механизму восприятия человеческими органами слуха.

Параметрический стабилизатор напряжения

В таких схемах нижнее плечо делителя можно создать с применением стабилитрона. Его вольтамперные характеристики выбирают таким образом, чтобы выходное напряжение сохраняло нужное значение при изменении входных параметров.

Ограничения в применении

Из приведенных в таблице примеров расчетов хорошо видно, как значительно увеличиваются потери при уменьшении сопротивления цепи. Энергия расходуется впустую для нагрева окружающей среды. При большой мощности рассеивания приходится использовать принудительные системы охлаждения, пассивные радиаторы.

В приведенных расчетах не учитывалась нагрузка. Если добавить соответствующее реальным условиям сопротивление, образуются дополнительные потери в параллельной цепи.

На первой части рисунка изображен типовой делитель, обеспечивающий выходное напряжение 5 V. При потреблении тока 0,01 А сопротивление нагрузки составит 0,5 кОм. Пользуясь формулой расчета для параллельной цепи, несложно выяснить суммарное значение R = 1/(1/R2 + 1/Rнагрузки) = 0,25 кОм. Это добавление уменьшит плановое значение Uвых до 3,46 V.

Уменьшением R2 можно снизить вредное влияние на выходное напряжение (4,75 V). Однако такой способ, приведенный на второй части рисунка, сопровождается значительными потерями энергии. Ток будет проходить по участку с меньшим сопротивлением, не выполняя полезные функции. В данном примере необходимо выбрать R1, рассчитанный на мощность не менее 2 Вт, чтобы обеспечить надежную работу устройства.

Нормативно-техническая документация

Изучить стандарты по данной теме можно в ГОСТе 11282-93. Стандарт действует с 1 января 1996 г. Последние изменения сделаны 12 сентября 2018 г.

В документе приведены сведения о допустимых погрешностях, допусках и других нормативах.

Видео

Расчёт сопротивления для понижения напряжения

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 14 комментариев

  1. Айрат 17.05.2019
  1. Александр Крылов Автор записи 17.05.2019

S= nR^2
if d=3 mm
S = 3,14 x 1,5 ^ 2 = 7,065 mm^2
Так что со справочным значением площади сечения автор слегка напутал

  1. Александр Крылов Автор записи 04.06.2020

Спасибо за информацию )

А где калькулятор?

  1. Александр Крылов Автор записи 04.06.2019

Добрый день, Фазинур. По идее, в статье у вас должна отображаться автоматическая таблица для расчётов — это и есть калькулятор. Если не отображается — попробуйте с другого устройства или браузера посмотреть…

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

  1. Александр Крылов Автор записи 17.06.2019

Очень рад, что пригодилась статья ) Я вот тоже не силён особо в электротехнике — начально любительский уровень )

  1. Александр Крылов Автор записи 26.12.2019

Спасибо, я рад, что помогло!

спасибо! автору респект!

  1. Александр Крылов Автор записи 15.05.2020

Здравствуйте, калькулятор выглядит безусловно удобным. Нужно было рассчитать номинал резистора, что и сделал на вашем калькуляторе. Уж не знаю почему, но расчет выдает нужное сопротивление с ошибкой в некоторых случаях почти в 2 раза (!). Проверил практикой: согласно калькулятору для снижения напряжения с 12 до 6 В (при токе 0,115 А) нужен резистор 52 Ом, на практике для этого нужен резистор 100 Ом. И так далее, например 12 -> 6,7 В = 80 Ом вместо расчетных 46 Ом. 12 -> 9,45 В = 30 Ом вместо 22 расчетных. Как то так.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector