Что означает мощность резистора

Что означает мощность резистора

Как рассчитать мощность резистора?

У резистора есть довольно важный параметр, который целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Этот параметр называется мощностью рассеивания. Он уже упоминался в статье о параметрах резистора.

Сама по себе мощность постоянного тока рассчитывается по простой формуле:

Как видим, мощность зависит от напряжения и тока. В реальной цепи через резистор протекает определённый ток. Поскольку резистор обладает сопротивлением, то под действием протекающего тока резистор нагревается. На нём выделяется какое-то количество тепла. Это и есть та мощность, которая рассеивается на резисторе.

Если в схему установить резистор меньшей мощности рассеивания, чем требуется, то резистор будет нагреваться и в результате сгорит. Поэтому, если в схеме нужно заменить резистор мощностью 0,5 Ватт, то ставим на 0,5 Ватт и более. Но никак не меньше !

Каждый резистор рассчитан на свою мощность. Стандартный ряд мощностей рассеивания резисторов состоит из значений:

Чем больше резистор по размерам, тем, как правило, на большую мощность рассеивания он рассчитан.

Допустим, у нас есть резистор с номинальным сопротивлением 100 Ом. Через него течёт ток 0,1 Ампер. На какую мощность должен быть рассчитан этот резистор?

Тут нам потребуется формула. Выглядит она так:

R(Ом) – сопротивление цепи (в данном случае резистора);

I(А) – ток, протекающий через резистор.

Все расчёты следует производить, строго соблюдая размерность. Так, если сопротивление резистора не 100 Ом, а 1 кОм, то в формулу нужно подставить значение в Омах, т.е. 1000 Ом (1 кОм = 1000 Ом). Тоже правило касается и других величин (тока, напряжения).

Рассчитаем мощность для нашего резистора:

Мы получили мощность 1 Ватт. Теперь небольшое отступление.

В реальную схему необходимо устанавливать резистор с мощностью в полтора – два раза выше рассчитанной.

Поэтому нам подойдёт резистор мощностью 2 Вт (см. стандартный ряд мощностей резисторов).

Также есть и другая формула для расчёта мощности. Она применяется в том случае, если неизвестен ток, который протекает через резистор.

Всё бы хорошо, но в жизни бывают случаи, когда применяется последовательное или параллельное соединение резисторов. Как рассчитать мощность рассеивания для каждого из резисторов в последовательной или параллельной цепи?

Допустим, нам требуется заменить резистор сопротивлением 100 Ом. Протекающий через него ток равен 0,1 Ампер. Следовательно, мощность этого резистора 1 Ватт.

Для его замены можно применить два соединённых последовательно резистора сопротивлением 20 Ом и 80 Ом. На какую мощность должны быть рассчитаны эти резисторы?

Для последовательной цепи действует одно правило. Через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же ток. Теперь применим формулу для расчёта мощности и получим, что мощность рассеивания резистора на 20 Ом должна быть равна 0,2 Вт, а резистора на 80 Ом – 0,8 Вт. Выбираем резисторы согласно стандартному ряду мощностей:

Как видим, если сопротивления резисторов будут разные, то и мощность на них будет выделяться разная.

Мощность, рассеивающаяся на резисторе, зависит в первую очередь от тока, который течёт через данный резистор. А ток зависит от сопротивления резистора. Поэтому, если вы соединяете последовательно резисторы разных номиналов, то и рассеивающаяся мощность распределиться между ними.

Это обстоятельство необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электронных самоделок иначе при неправильном подборе резисторов может получиться так, что на одном резисторе выделиться больше мощности, чем на другом, и он будет работать в тяжёлом температурном режиме.

Читайте также:  Когда начнут нормально топить

Чтобы не ломать голову и не рассчитывать мощность каждого в отдельности резистора, можно поступать так:

Мощность каждого резистора, входящего в составляемую нами цепь (параллельную или последовательную) должна быть равна мощности заменяемого резистора. Иными словами, если нам надо заменить резистор, мощностью 1 Вт, то каждый из резисторов для его замены должен иметь мощность не менее 1 Ватта. На практике это самое быстрое и эффективное решение.

Для параллельного соединения резисторов нужно учитывать, что через резистор с меньшим сопротивлением протекает больший ток. Следовательно, и мощности на нём будет рассеиваться больше.

Номинальная мощность резистора определяет, какое максимальное количество энергии может рассеять резистор без риска перегрева.

Как вытекает из закона Ома, электрическая мощность связана с напряжением и током:

Если электрическая мощность, выделяемая на резисторе, не превышает его номинальную рассеиваемую мощность, температура резистора будет стабильной. Следует отметить, что температура на самом резисторе распределена не равномерно. Его корпус немного теплее, чем выводы, а самая высокая температура в центре корпуса.

Чем выше скорость теплоотдачи в окружающую среду, тем ниже температура на резисторе. Крупные резисторы с большой площадью поверхности, как правило, могут рассеивать значительное количество тепловой мощности.

Если мощность выделяемая на резисторе превышает его номинальную мощность, то резистор может быть поврежден. Это может иметь несколько последствий:

  • изменение значения сопротивления,
  • снижение срока службы,
  • полный выход из строя в результате обрыва цепи,
  • в экстремальных случаях чрезмерная мощность может даже стать причиной возгорания.

Определение: мощность резистора — номинальная мощность, которую может рассеять резистор, сохраняя при этом свою работоспособность.

Мощность резистора

Номинальная мощность резистора определяется для определенной температуры окружающей среды на открытом воздухе. Обратите внимание, что на практике количество энергии, которую резистор может рассеять без повреждения сильно зависит от условий эксплуатации и, следовательно, не равна номинальной мощности.

Например, повышение температуры окружающей среды может значительно уменьшить номинальную мощность резистора.

Это следует учитывать при разработке схем. Обычно резисторы рассчитаны для работы при температуре до 70°С, выше этого значения резистор значительно снижает свою номинальную рассеиваемую мощность. Это иллюстрируется кривой ухудшения параметров.

Наряду с влиянием температуры окружающей среды, есть еще несколько факторов, влияющих на изменение номинального значения мощности резистора. Наиболее важные факторы приведены ниже:

Корпус

Скорость теплоотдачи ограничивается из-за установки резистора в корпус прибора. Корпус ограничивает воздушный поток и, следовательно, отвод тепла путем конвекции. Излучаемое тепло будет удаляться неэффективно, потому что стенки корпуса действуют как тепловой барьер. Влияние корпуса на степень потери тепла сильно зависит от размера, формы, материала и толщины стенок.

Принудительное охлаждение

Увеличение теплопередачи посредством принудительной конвекции позволяет получить более высокую рассеиваемую мощность, чем путем обычной естественной конвекции.

Это может быть достигнуто путем создания воздушного потока, или даже жидкостным охлаждением. Некоторые мощные резисторы имеют ребристый корпус, чтобы создать большую поверхность для рассеивания тепла.

Группировка компонентов

На печатной плате резисторы зачастую расположены близко друг к другу. В таком случае тепловое излучение одного резистора будет оказывать влияние на показатель мощности рядом расположенных резисторов.

В заключении хотелось бы отметить, что для большинства электронных схем номинальная мощность резисторов не является ключевым параметром, поскольку эти резисторы рассеивают малое количество энергии от одного ватта и меньше.

Читайте также:  Сварочный аппарат steinhart отзывы

Однако в силовой электронике мощность является важной характеристикой. Типичной областью применения мощных резисторов являются источники питания, динамические тормоза, преобразователи мощности, усилители и нагреватели.

Резисторные компоненты входят в число наиболее употребительных деталей в монтаже электросхем. Их назначение состоит в управлении током посредством создания сопротивления его движению. Чтобы суметь правильно подобрать модель для конкретных нужд, надо уметь определять мощность резистора.

Виды резисторов

Корпусы рассматриваемого типа изделий могут иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. По характеристикам поведения можно выделить следующие типы этих элементов:

  1. Постоянные – обладают константным (не меняющимся) сопротивлением. Используются, если фрагмент цепи требует поддержания некоторого значения напряжения или токовой силы. Для подбора такого устройства приходится проводить замеры мультиметром и рассчитывать нужные значения параметров.
  2. Переменные – с возможностью регулировки сопротивления. Контроль может иметь вид ступеней или быть плавным. Могут быть применены, например, для регуляции уровня звука.
  3. Подстраивающиеся – вариация предыдущего типа, весьма нечасто нуждающаяся в ручной регулировке.
  4. Устройства, сопротивляемость которых вариабельна и зависит от температуры окружающей среды или освещенности.

Важно! Нелинейные компоненты почти у всех разновидностей изготавливаются из полупроводниковых материалов.

Параметры резисторного элемента

К числу ключевых параметров данной группы деталей относятся:

  • сопротивление компонента;
  • допуск (степень вариативности номинального сопротивления) – может принимать значения до 20%;
  • ТКС – изменение сопротивляемости при нагреве или охлаждении воздуха на 1 градус (целесообразно, чтобы элементы одной электроцепи имели идентичное значение показателя);
  • мощность, показывающая, какое количество тепловой энергии может быть выделено в пространство при условии сохранения корректного функционирования элемента.

Важно! На то, сколько энергии будет рассеивать компонент, влияет его размер. Натренированный глаз способен к визуальному определению значения по габаритам резистора. Корреляция с величиной связана с тем, что когда ток течет через элемент с большим значением площади поверхности, теплота отдается в пространство с большей скоростью (если речь идет о воздухе).

Миниатюрные смд компоненты снабжаются маркировкой из полосок разного цвета. Расшифровку цветового кода можно посмотреть онлайн (например, на сайте производителя). Зачастую она дается и в прилагаемой технической документации.

Расчет резисторов

Для корректного подбора компонента в цепь потребуется найти значения его ключевых показателей. При разных типах соединений нескольких компонентов параметры будут принимать различные значения.

Последовательное соединение

При использовании последовательной схемы итоговый показатель сопротивления равен сумме отдельных значений для каждого резистора. Пользуясь этим правилом, можно узнать, компонент с каким показателем надо приобрести. Например, требуется получить в цепи 220 Ом, есть устройство на 130 Ом. Следовательно, надо купить второе на 220-130=90 Ом. Ток, идущий в цепи, и ток на каждом резисторном элементе в этом случае имеют одно и то же значение.

Параллельное соединение

Формула для общего сопротивления:

Из нее можно узнавать целевое сопротивление элемента, который надо приобрести. Электроток в неразветвленной части сети в этом случае равен сумме токов отдельных веток.

Важно! В отличие от предыдущего случая, данная схема рекомендуема к использованию, если показатели для отдельных элементов превышают общее требуемое R.

Смешанное соединение

Оно включает в себя сочетания структур двух ранее обозначенных типов. Чтобы посчитать показатели для отдельных резисторов, схему понадобится упростить.

Мощность

Для выбора нужной детали надо знать, как правильно определить мощность резистора. Это можно сделать, опираясь на формулы:

Читайте также:  Самый крупный вид баранов

Нужно учитывать, что использование детали с параметром, превышающим рекомендуемый, допустимо, обратный случай – нет.

Формула скорости потребления энергии резистором

Количество энергии, генерируемой в виде тепла на единицу объема элемента, можно найти по формуле:

где Е – напряженность поля, j – его плотность, а ϭ – электрическая проводимость среды.

Как определить мощность резистора

Расчет этого показателя можно проиллюстрировать на примере. Допустим, у имеется резисторный компонент с номинальным сопротивлением в 2 Ом. Подаваемая нагрузка составляет 26 В. Тогда сила тока будет равна 26/2=13 А. Теперь есть все данные, чтобы узнать мощность:

Типы и обозначения резисторов

В основном в продажу выпускаются изделия с типовыми значениями мощности рассеяния (0,05, 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2 и 5 Ватт). Визуальные обозначения изделий с различными номиналами на электросхемах регламентированы ГОСТ. Перед сборкой надо проверить соответствие используемых деталей указанным на схеме номиналам. Выпускаются элементы и с другими мощностными показателями, отличными от стандартов. На практике они используются нечасто, в основном, под конкретную задачу.

Спецификации к проектируемой схеме, как правило, содержат указания, какими значениями основных параметров должен обладать резистор. Иногда указываются даже конкретная модель, а также допустимое значение отклонения от фиксируемого номинала.

Нагрев детали в зависимости от сопротивления

Выбирая подходящий резистор, обязательно надо обращать внимание на температурный диапазон, при котором возможна корректная эксплуатация детали. Она всегда указывается изготовителем. Чтобы резистор не вышел из строя, необходим своевременный выход теплоты в атмосферу. Элемент не должен перегреваться. Чем холоднее воздух (в рамках допустимого диапазона), тем дольше имеет шанс прослужить компонент. Нельзя позволять, чтобы поблизости от резистора скапливалось избыточное тепло.

Когда температурный показатель достигает своего максимума в рамках диапазона, на сопротивлении начинается процесс выгорания верхнего маркируемого слоя. В таком случае необходимо принимать меры по снижению температуры, иначе у изделия выгорит наполнение, отвечающее за сопротивляемость, и оно станет полностью непригодным к дальнейшей эксплуатации.

Если детали с требуемой размерностью под конкретную схему не обнаружилось, можно использовать вариант с превосходящим значением, если он подходит собираемому устройству. Резисторы, чьи данные по мощности не дотягивают до требуемых, применять в такой ситуации допустимо, только объединив их последовательно. Вообще знание эффектов параллельно и последовательно связанных резисторных элементов пригодится в ситуации, если под рукой не оказалось детали с идеально подходящими параметрами.

Мощности резисторов

Мощность рассеивания резистора по внешнему виду нагляднее всего определяется у советских цилиндрических изделий, они заметно различаются габаритами. Маркировка у них имеет такой стандарт:

  • первые буквы – вид элемента (к примеру, МЛТ – покрытый лаком металлопленочный);
  • затем дефис, первая цифра после него – мощностное значение;
  • затем указывалось сопротивление (в случае кОм целая часть отделялась от дробной буквой К: 1 К6 – 1,6);
  • отклонение в процентах – например, 6%.

У импортных изделий маркировка имеет вид цветных полос, где каждый цвет обозначает определенное число. Существуют вариации с 3, 4, 5 полосками.

Без знания мощностной характеристики подобрать подходящий элемент для монтажа электросхемы не выйдет. Использование нерелевантного по этому показателю резистора приведет к тому, что он будет перегреваться и быстро придет в нерабочее состояние.

Видео

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector