2024/06/12 464

Atsparumas elektros grandinėse

Suprasti, kaip pasipriešinimas veikia elektros grandinėse, yra daugelio elektroninių prietaisų veikimo ir saugumo veikimas ir saugumas.Atsparumas kontroliuoja elektros srovės srautą, įsitikindama, kad elektros dalys veikia saugiai.Šiame straipsnyje nagrinėjami atsparumo pagrindai ir naudojimo būdai grandinėse, pavyzdžiui, kaip rezistoriai valdo įtampą ir srovę, išlaisvina šilumą ir apsaugo nuo pavojų, pavyzdžiui, trumpų jungčių.Ištyrę, kaip srovė teka per skirtingas medžiagas ir sąrankas, mes sužinome apie atsparumo vaidmenį projektuojant grandinę ir veikimą.Nuo paprastų elektrinių lempų iki sudėtingų signalų kondicionavimo ir saugos sistemų, pasipriešinimas yra pagrindinė dalis užtikrinant elektroninių sistemų efektyvumą ir eksploatavimo laiką.

Katalogas

1 paveikslas: pasipriešinimas

Pasipriešinimo vaidmuo elektros grandinėse

Atsparumas padeda kontroliuoti srovės srautą ir užtikrinti saugumą.Paprasčiausia elektrinės lempos forma susideda iš mažo metalinio siūlelio skaidraus stiklo lemputės viduje.Kai per siūlą praeina pakankamai elektros srovės, ji švyti baltai karštą („kairės“) dėl pagamintos šilumos energijos.Lempoje yra du laidūs ryšio taškai: vienas, kad srovė patektų, o kita, kad ji išeitų.

Atsparumo svarba grandinės projektavime

Atsparumo supratimas ir kontrolė yra labai svarbi kuriant saugias ir efektyvias elektros grandines.Rezistoriai yra pagrindinės elektroninių grandinių dalys, suteikiančios būdą reguliuoti įtampą ir srovę, kad būtų užtikrintas tinkamas įrenginių veikimas.

Įtampos reguliavimas

Rezistoriai padeda įsitikinti, kad elektroninės dalys gauna reikiamą įtampos kiekį, kurio jiems reikia tinkamai veikti.Daugelyje grandinių skirtingoms dalims reikia skirtingų įtampos lygių, kad gerai veiktų.Rezistoriai gali būti nustatyti konkrečiais būdais, kad būtų užtikrintas šis reikalingas įtampos lygis.

Vienas įprastas metodas yra rezistoriaus naudojimas įtampos daliklio grandinėje.Įtampos daliklis yra paprasta grandinė, sudaryta iš dviejų rezistorių iš eilės.Padalijus įtampą tarp šių rezistorių, norimą įtampą galima pasiekti skirtingoms grandinės dalims.

Pvz., Apsvarstykite paprastą LED grandinę.Šviesos diodai yra jautrūs įtampai ir gali sudeginti, jei įtampa yra per didelė.Norėdami to išvengti, rezistorius dažnai dedamas iš eilės su LED.Šis serijos rezistorius sumažina LED LED lygį iki saugaus įtampos.

Dabartinis ribojimas

Rezistoriai vaidina pagrindinį vaidmenį kontroliuojant srovės kiekį, tekantį per grandinę.Tai padeda apsaugoti subtilias dalis, tokias kaip šviesos diodai, tranzistoriai ir integruotos grandinės.Apribodami srovę, rezistoriai sustabdo šias dalis perkaiti ir pažeisti.

Pvz., Apsvarstykite srovę ribojantį rezistorių, naudojamą su LED.LED yra subtili dalis, kuri gali valdyti tik nedidelį kiekį srovės.Jei per daug srovės teka per šviesos diodą, jis sukels per daug šilumos, o tai gali ją sugadinti ar sunaikinti.Rezistorius saugo srovę saugiu lygiu.

Šilumos išsisklaidymas

Kadangi rezistoriai riboja srovę, jie paverčia elektrinę energiją šiluma.Šis procesas, vadinamas galios išsklaidymu, padeda išlaikyti grandinę stabilią.Pasirinkus tinkamus rezistoriaus vertes ir galios įvertinimus, įsitikinkite, kad pagaminta šiluma nepažeidžia rezistoriaus ar netoliese esančių dalių.Didelės galios rezistoriai yra gaminami tam, kad būtų galima valdyti daugiau šilumos, todėl jie yra naudingi situacijoms, kuriose naudojama daug jėgų.

Užkirsti kelią trumpiems jungimams

Rezistoriai padeda apsaugoti grandines nuo trumpųjų jungčių, kurios gali sukelti per daug srovės srautą ir potencialius pavojus.Pridėję atsparumą, jie sumažina dalių pažeidimo tikimybę dėl staigaus srovės padidėjimo.Trumpo jungimo atveju gerai suplanuota grandinė su dešiniais rezistoriais gali padėti apriboti pažeidimus ir užtikrinti saugumą kontroliuojant dabartinį srautą.

Signalo kondicionavimas

Rezistoriai taip pat naudojami signalo kondicionavimui, norint sureguliuoti signalo lygius, filtrų signalus ir formos bangos formas.Atidžiai pasirinkdami rezistoriaus vertes, dizaineriai gali įsitikinti, kad signalai yra norimame diapazone kitose grandinės dalyse.Pavyzdžiui, analoginėse grandinėse rezistoriai gali būti naudojami su kondensatoriais, norint sukurti filtrus, kurie pašalina nepageidaujamą triukšmą iš signalo.

Užtikrinant tinkamą veikimą

Rezistoriai įsitikinkite, kad elektroninės grandinės veikia teisingai.Jie valdo įtampą ir srovę, kurios reikia elektroninių prietaisų patikimumui ir ilgam laikui.Pridėję rezistorius į grandinių dizainą, inžinieriai gali sukurti stabilias, nuspėjamas ir saugias elektronines sistemas.

Kintamieji, turintys įtakos elektrinei varžai

Elektros krūvio judėjimas per laidus dažnai lyginamas su vandeniu, tekančiu per vamzdžius.Atsparumas elektros krūviui srautui grandinėje yra panašus į trintį ir kliūtis, kurios sulėtina vandenį vamzdyje.Šis pasipriešinimas apsunkina vandens tekėjimą ir sumažina jo greitį.Kaip ir vandens srautas, bendras atsparumas elektriniam krūvio srautui vieloje turi įtakos keli aiškūs veiksniai.

Pirma, bendras laidų ilgis turi įtakos pasipriešinimo kiekiui.Kuo ilgesnė viela, tuo didesnis pasipriešinimas bus.Tarp pasipriešinimo kiekio ir laido ilgio yra tiesioginis ryšys.Jei pasipriešinimas įvyks dėl krūvio nešėjų ir vielos atomų susidūrimų, ilgesnis viela turės daugiau susidūrimų.Daugiau susidūrimų reiškia didesnį pasipriešinimą.

Antra, laidų storis (skerspjūvio plotas) turi įtakos pasipriešinimo kiekiui.Platesni laidai turi didesnį skerspjūvio plotą.Vanduo lengviau teka per platesnį vamzdį nei per siaurą, nes platesniame vamzdyje yra mažesnis atsparumas.Panašiai, kuo platesnė viela, tuo mažesnis pasipriešinimas bus elektrinio krūvio srautui.Kai kiti veiksniai yra tie patys, įkrovimas lengviau teka per platesnius laidus su didesnėmis skerspjūvio sritimis, o ne per plonesnius laidus.

Trečiasis veiksnys, turintis įtakos pasipriešinimui, yra vielos medžiaga.Ne visos medžiagos elektros energiją veda vienodai gerai.Kai kurios medžiagos yra geresni laidininkai ir suteikia mažiau atsparumo krūvio srautui.Sidabras yra vienas geriausių laidininkų, tačiau buitinėms laidams yra per brangus.Varis ir aliuminis yra pigesni ir elgiasi pakankamai gerai, kad būtų naudojami buitinėse trasose.Medžiagos gebėjimas atlikti elektrą parodo jos varža.Medžiagos varža priklauso nuo jos elektroninės struktūros ir temperatūros.Daugeliui medžiagų atsparumas padidėja esant aukštesnei temperatūrai.

Pasipriešinimas ir dabartinis valdymas grandinėse

Atsparumas riboja srovės kiekį grandinėje, kuriai suteikiama tam tikra įtampa iš akumuliatoriaus.Šis apribojimas padeda valdyti elektros srovės srautą skirtingose ​​grandinės dalyse.Kai srovė juda prieš atsparumą, ji sukuria „trintį“, panašią į mechaninę trintį, kuri atrodo kaip šiluma.Ši šiluma atsiranda dėl atsparumo, su kuriuo susiduria elektronai, kai jie juda per medžiagą.Didelis siūlų pasipriešinimas sunaudoja daug šilumos energijos, todėl ji švytėja ir sukuria šviesą.Šis procesas yra žinomas kaip kaitinimasis, kai gija, paprastai pagaminta iš volframo, tampa pakankamai karštas, kad skleistų matomą šviesą.Didelis siūlelio pasipriešinimas yra apgalvotas, užtikrinant, kad nemaža kiekis elektros energijos būtų paverčiamas šviesa ir šiluma.Plona gijų struktūra ir medžiagų savybės padidina jo didelį pasipriešinimą, todėl tai yra veiksminga šviesos sklaidos dalis.

Priešingai, jungiamieji laidai turi daug mažesnį pasipriešinimą ir vos sušyla, kai nešioja tą pačią srovę.Šis skirtumas yra todėl, kad laidai paprastai yra pagaminti iš labai laidžios medžiagos, tokios kaip vario ar aliuminio, turinčios mažą atsparumą.Šie laidai taip pat paprastai būna storesni už gilą, todėl mažiau pasipriešina dabartiniam srautui.Mažas laidų pasipriešinimas užtikrina, kad jie gerai atliks elektrą, be didelių energijos praradusių šilumos pavidalu.Grupės ir jungiamųjų laidų atsparumo skirtumas pabrėžia medžiagos pasirinkimo ir dizaino vertę elektros grandinėse.Didelis siūlelio pasipriešinimas leidžia jam veikti kaip šviesos šaltinis, o mažas laidų pasipriešinimas užtikrina efektyvų srovės pristatymą.Ši pusiausvyra yra raktas į veiksmingą elektrinių prietaisų veikimą, užtikrinant, kad energija būtų naudojama efektyviai, o komponentai nėra pažeisti dėl per didelės šilumos.

Atidarykite ir uždaras grandines

2 paveikslas: Atidarykite ir uždarytas grandines

Norint suvokti, kaip veikia elektros sistemos, reikia suprasti atviras ir uždaras grandines.Šie terminai apibūdina grandinės būklę ir jos sugebėjimą leisti elektros srovę srautą.

Atvira grandinė

3 paveikslas: Atidarykite grandines

Kai bet kurioje vietoje nutrūksta grandinė, ji tampa atvira grandine.Esant tokiai būsenai, elektros srovės srautas visiškai sustoja, o visi su grandine prietaisais, tokiais kaip lemputė, nustos veikti.Atvira grandinė neleidžia elektronams judėti per grandinę, veiksmingai sustabdant bet kokį elektrinį aktyvumą.Atviroje grandinėje per pertrauką yra visos šaltinio galia (įtampa) iš šaltinio, kaip ir baterija.Be to, atviroje grandinėje gali būti akumuliatorius, laidai, lemputė ir atviras jungiklis.Kai jungiklis yra atidarytas, grandinėje yra tarpas, o lemputė nenusileidžia, nes srovė teka.

Uždara grandinė

4 paveikslas: Uždarytos grandinės

Uždaroje grandinėje visos dalys yra sujungtos, ir yra nenutrūkstamas kelias, kad srovė galėtų judėti iš vieno maitinimo šaltinio galo į kitą.Elektronai keliauja iš neigiamo akumuliatoriaus galo per laidus į lempos siūlą, o tada grįžta į teigiamą akumuliatoriaus galą.Ši pilna kilpa leidžia lempai veikti.Kai grandinė uždaryta, srovė teka per kaiščią.Dėl gijinio pasipriešinimo jis įkaista ir skleidžia šviesą.Šiluma sukuriama, nes elektronai susiduria su atsparumu, kai jie juda per siūlą, keičiant elektrinę energiją į šilumą.Uždarą grandinę sudaro akumuliatorius, laidai, lemputė ir uždaras jungiklis.Kai jungiklis uždarytas, grandinė baigta, o lemputė švyti, nes srovė teka per visą kilpą.

Elektronų srautas uždaroje grandinėje

5 paveikslas: Elektronų srautas uždaroje grandinėje

Uždaroje grandinėje elektronai juda ištisine kilpa, leisdami elektriniams prietaisams, tokiems kaip lempos, tinkamai veikia.Šis pastovus elektronų srautas keičia elektros energiją į kitas energijos formas, tokias kaip šviesa ir šiluma, kurių reikia įvairiems įrenginiams veikti.Panagrinėkime, kaip veikia šis procesas:

Pradėkite nuo neigiamo terminalo

Procesas prasideda nuo neigiamo akumuliatoriaus gnybto, kur elektronai išstumiami dėl cheminės reakcijos akumuliatoriaus viduje.Ši reakcija sukuria daugiau elektronų, todėl terminalas tampa neigiamai įkrautas.Akumuliatorius veikia kaip elektronų siurblys, judantys elektronai, nes jos viduje vyksta reakcijos.Šios reakcijos sukelia elektronų kaupimąsi neigiamame terminale ir trūkumą teigiamame terminale, sukuriant įtampą tarp dviejų gnybtų.

Judėjimas per laidžius laidus

Kai elektronai palieka neigiamą gnybtą, jie važiuoja per grandinės laidus.Šie laidai paprastai gaminami iš vario ar aliuminio, nes šios medžiagos labai gerai veikia elektrą.Mažas šių medžiagų atsparumas leidžia elektronams lengvai tekėti, prarandant labai mažai energijos kaip šiluma.Šis efektyvumas užtikrina, kad didžioji dalis elektros energijos pasiektų lempą.Elektronams judant per laidus, jie susiduria su labai mažai pasipriešinimo, leisdami sklandžiai ir efektyviai perduoti energiją.

Susiduria su pasipriešinimu siūlelyje

Kai elektronai pasiekia lempos siūlą, jie susiduria su dideliu pasipriešinimu.Grupė paprastai gaminama iš volframo, pasirinktos medžiagos, nes ji gali valdyti aukštą temperatūrą ir lengvai tirpsta.Skirtingai nuo laidų, kurie neša elektrą, siūlas yra skirtas atsispirti elektronų srautui.Dėl šio pasipriešinimo elektronai įsibėgėja į gijų atomus, paversdami elektrinę energiją į šilumą.Šiluma priverčia atomus judėti greičiau, todėl gija įkaista ir skleidžia šviesą.Šis šildymo procesas yra tai, kaip veikia tradicinės kaitrinės lemputės.Didelis siūlų pasipriešinimas užtikrina, kad jis tampa pakankamai karštas, kad gautų šviesą ir atlaikytų sukurtą šilumą.

Tęsinys per grandinę

Pravažiavę per giją, elektronai toliau juda per grandinę.Grupės pasipriešinimas daugelį elektros energijos pavertė šviesa ir šiluma, tačiau elektronai vis dar turi pakankamai energijos, kad galėtų grįžti prie akumuliatoriaus.Jie juda per likusius laidus, važiuodami link teigiamo akumuliatoriaus galo.Teigiamas galas, kuriame yra mažiau elektronų, įtraukia šiuos elektronus, užbaigdamas kilpą.Šis nuolatinis elektronų srautas, kurį lemia akumuliatoriaus sukuriamo įkrovos skirtumas, reikalingas lempai, kad ji veiktų.Baterija nuolat prideda elektronų neigiamame gale, užtikrinant nuolatinį srovės srautą per grandinę.

Uždaryti uždarą grandinę

Norint gerai veikti, reikia nuolatinio elektronų srauto uždaroje grandinėje.Bet kokia grandinės pertrauka, pavyzdžiui, blogas ryšys, pūstas saugiklis ar atviras jungiklis, sustabdo elektronų srautą ir priverčia lempą nustoti veikti.Norint, kad bet kuris elektros įtaisas veiktų teisingai, reikia išlaikyti uždarą grandinę.Treniruotės pertraukos gali sukelti problemų, tokių kaip įrenginys neveikia, galimas dalių pažeidimas ir saugos rizika.Pvz., Sulaužyta viela arba laisvas ryšys gali sukurti atvirą grandinę, sustabdydama srovę ir sukeldamas lempą.Panašiai pūstas saugiklis gali sulaužyti grandinę, kad apsaugotų nuo per didelės srovės, sustabdydama elektronų srautą ir užkirsti kelią pažeidimams ar gaisro pavojams.

Pasipriešinimo vaidmuo saugume

Atsparumas vaidina pagrindinį vaidmenį saugant elektros grandines.Tai padeda kontroliuoti srovės srautą ir užtikrina, kad įrenginiai tinkamai veikia nepažeisdami.Pvz., Lempos siūlelio pasipriešinimas leidžia jam sukurti šviesą ir įkaisti, neleidžiant per daug srovės praeiti pro šalį.Tai apsaugo lempą perkaiti ir sulaužyti.

Daugelyje elektrinių prietaisų pasipriešinimas naudojamas valdyti, kaip tvarkoma elektros energija.Kontroliuodami pasipriešinimą, galime įsitikinti, kad per kiekvieną grandinės dalį teka tinkamas srovės kiekis, reikalingas saugumui ir efektyvumui.

Saugumo stiprinimas su rezistoriais

6 paveikslas: Rezistoriaus schema grandinėje

Rezistoriai yra pagrindinės dalys, kad elektros grandinės būtų saugesnės.Jie riboja srovę iki saugaus lygio, apsaugodami jautrias dalis, tokias kaip šviesos diodai, tranzistoriai ir integruotos grandinės nuo pažeidimų dėl per didelės srovės.Be rezistorių šios dalys gali perkaisti ir sugesti.

Grandinės pertraukikliai ir saugikliai yra saugos įtaisai, kurie naudoja atsparumą, kad sustabdytų perkaitimą ir elektros gaisrus.Grandinės pertraukikliai automatiškai nutraukia srovę, kai ji viršija saugų lygį.Jie naudoja atsparumą, kad pajustų srovės srautą ir sulaužytų grandinę, jei srovė yra per didelė.Saugikliuose yra plona viela, kuri tirpsta, kai srovė tampa per didelė, sustabdant elektros srautą ir užkirsti kelią grandinės pažeidimui.

Termistoriai ir variantai taip pat padeda pagerinti grandinės saugą.Termistoriai yra temperatūrai jautrūs rezistoriai, kurie keičia jų pasipriešinimą keičiant temperatūrą.Grandinėse jos padeda apsaugoti nuo viršįtampių sąlygų, padidindami atsparumą, kai kyla temperatūra, taip sumažinant srovės srautą.Varstoriai yra nuo įtampos priklausomi rezistoriai, apsaugantys grandines nuo įtampos smaigalių, pakeisdami jų pasipriešinimą reaguodami į taikomą įtampą ir taip užkirsdami kelią pažeidusiems jautriems komponentams.

Trikčių šalinimas ir taisymas

7 paveikslas: Trikčių šalinimas ir taisymas

Suprasti, kaip veikia pasipriešinimas ir srovės srautas, yra labai naudinga norint išspręsti elektrines problemas.Technikai ir inžinieriai naudojasi šiomis žiniomis ieškodami tokių problemų kaip trumposios grandinės, kai srovė eina neteisingai, arba atviros grandinės, kur nutrūksta dabartinis kelias.Jie atidžiai žvelgia, kad rastų pažeidimų, tokių kaip sudegintos dalys, požymių ar ištirpintos izoliacijos, kurios gali parodyti, kur įvyko trumpas jungimas.Išmatuodami pasipriešinimą daugialypiu matuokliu, jie patikrina, ar nėra mažos varžos verčių, kurios rodo trumpą jungimą.

Atviroms grandinėms technikai naudoja tęstinumo bandymus su multimetru, norėdami sužinoti, ar dabartinis kelias yra baigtas.Kelio pertrauka rodo kaip begalinis pasipriešinimas arba nėra tęstinumo.Kai gedimas bus rastas naudojant tokius įrankius kaip multimetrai ir osciloskopai, jie pakeičia sugedusius rezistorius, kondensatorius ar kitas dalis, kad nustatytų grandinę.Pataisius, jie išbando grandinę, kad įsitikintų, jog ji veikia teisingai ir saugiai.

Išvada

Suprasti, kaip pasipriešinimas veikia elektros grandinėse, yra daugelio elektroninių prietaisų veikimo ir saugumo veikimas ir saugumas.Atsparumas kontroliuoja elektros srovės srautą, įsitikindama, kad elektros komponentai veikia saugiai.Šiame straipsnyje nagrinėjami atsparumo principai ir naudojimas grandinėse, pavyzdžiui, kaip rezistoriai valdo įtampą ir srovę, išlaisvina šilumą ir sustabdo pavojus, pavyzdžiui, trumpus junginius.Ištyrę, kaip srovė teka per skirtingas medžiagas ir sąrankas, mes sužinome apie atsparumo vaidmenį projektuojant grandinę ir veikimą.Nuo paprastų elektrinių lempų iki sudėtingų signalų kondicionavimo ir saugos sistemų atsparumas yra dalis elektroninių sistemų efektyvumo ir gyvenimo trukmės užtikrinimo.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kas yra pasipriešinimas paprastoje grandinėje?

Atsparumas paprastoje grandinėje matuoja, kiek medžiaga sulėtina elektros srovės srautą.Kai teka elektros srovė, ji juda elektronus per medžiagą.Atsparumas šiems elektronams sunkiau judėti, panašiai kaip tai, kaip trintis sulėtina objektus.Kuo didesnis pasipriešinimas, tuo sunkiau srovei tekėti.

2. Kaip atsparumas veikia elektros srovę?

Atsparumas tiesiogiai veikia elektros srovės srautą grandinėje.Didesnis atsparumas sumažina srovės srautą, tai reiškia, kad mažiau elektronų gali praeiti per medžiagą.Ir atvirkščiai, mažesnis pasipriešinimas leidžia srauti didesnę srovę.Pagalvokite apie tai kaip vandens vamzdis: siauresnis vamzdis (didesnis pasipriešinimas) leidžia mažiau vandens, o platesnis vamzdis (mažesnis pasipriešinimas) leidžia daugiau vandens srauto.

3. Kaip parodyti atsparumą grandinėje?

Grandinės schemose pasipriešinimas parodytas naudojant rezistoriaus simbolį, kuris atrodo kaip zigzago linija.Atsparumo vertė, išmatuota omuose (ω), paprastai rašoma šalia šio simbolio.Tai padeda nustatyti, kiek rezistorius sulėtins srovę grandinėje.

4. Koks yra pagrindinis elektrinio pasipriešinimo principas?

Pagrindinis elektros atsparumo principas yra tas, kad jis priešinasi elektros srovės srautui.Skirtingos medžiagos turi skirtingą pasipriešinimo lygį.Medžiagos, turinčios didelį pasipriešinimą, pavyzdžiui, gumos, sunku srovei tekėti, o mažos atsparumo medžiagos, tokios kaip vario, leidžia srovei lengvai tekėti.Atsparumas priklauso nuo tokių veiksnių kaip medžiagos savybės, temperatūra, ilgis ir skerspjūvio plotas.

5. Kas nutiks, jei grandinėje nėra pasipriešinimo?

Jei grandinėje nėra pasipriešinimo, elektros srovė tekėtų be jokių apribojimų.Šis nekontroliuojamas srautas gali sukelti keletą problemų.Perkaitimas gali įvykti todėl, kad laidai ir komponentai gali perkaiti be atsparumo, kad būtų galima apriboti srovę, gali sukelti nudegimus ar gaisro pavojų.Dėl per didelės srovės gali būti padaryta jautri elektroninių komponentų pažeidimas, dėl kurio gali atsirasti gedimų ar gedimų.Saugos pavojai gali kilti, nes didelės srovės gali sukelti pavojingas sąlygas, įskaitant elektros smūgius ir trumpus junginius, keliančius rimtą riziką vartotojams ir įrangai.