Расчет добавочного сопротивления светодиода

R = (12 В – 2,4 В) / 20 мА = 0,48 кОм.

Содержание

Если светодиод не подключен к источнику тока, то для ограничения тока I требуется дублирующий резистор R. В зависимости от желаемой интенсивности света, диапазон тока составляет от 2 до 25 мА. Для расчета резистора предварительной регулировки используйте следующую формулу:

R = (Up-Ud)/I,

где R – добавочный резистор, кОм; Up – приложенное рабочее напряжение, В; Ud – прямое напряжение на диоде, В; I – ток, мА.

Прямое падение напряжения зависит от цвета светодиода и может составлять от 1,6 В до 3,2 В. Если рабочее напряжение намного выше, например, 12 В, то стандартное значение прямого напряжения можно принять равным 2,4 В. Ток 2-5 мА имеет смысл только для слаботочных светодиодов.

Дано: Uп = 12 В, I = 20 мА.

R = (12 В – 2,4 В) / 20 мА = 0,48 кОм.

Выберите стандартный резистор 470 Ом; 5%; 0,125 Вт.

Постоянное напряжение на светодиоде зависит от его цвета и состава полупроводника (см. таблицу 1).

Определите аддитивное сопротивление вольтметра

Задача №13 Определите величину добавочного сопротивления на вольтметре

Определите величину добавочного сопротивления на вольтметре для расширения диапазона измерения напряжения от 5 до 500 В. Внутреннее сопротивление вольтметра составляет 200 Ом.

Максимально допустимый ток вольтметра определяется по формуле .

После подключения дополнительного резистора R₂ подключен, ток, протекающий через вольтметр, будет равен

.”>.

Получается следующая формула “>.

R (R) для вольтметра

/U_1=<(500-5)*200>/5=19800″> Ом

Ответ: для расширения диапазона измерения вольтметра от 5 до 500 В необходимо установить добавочное сопротивление 1800 Ом.

Пример 2

Расчет добавочного сопротивления

Здесь произведение тока прибора и его сопротивления есть не что иное, как падение напряжения на самой измерительной головке, в нашем случае Uприбора = 0,0001А х 240 Ом = 0,024В – 24мВ. В большинстве случаев их можно просто игнорировать. В этом случае формула будет выглядеть следующим образом:
R наклона = U измеренного / I метра;

Пример 2

Рассчитайте аддитивное сопротивление для измеренного напряжения 30 В.
1) R = (30-0,024)/0,0001 = 299,759 Ом;
2) Без учета падения напряжения на головке, R = 30/0.0001 = 300 Ом;
Вообще, лучше сделать составной резистор, состоящий из двух-трех последовательно соединенных резисторов. Например, 270 + 30 Ом или 270 + 27 + 3 Ом. В этом случае калибровать измеритель будет проще.

А относительная погрешность метода δμ будет определяться по формулам:

Резисторы

В одной из статей об электрическом сопротивлении нас познакомили с новым термином электрическое сопротивление или сопротивление проводника. Давайте еще раз напомним себе, что такое сопротивление проводника.

Сопротивление проводника – это физическая величина, которая описывает свойства проводника, препятствующие проведению электрического тока. Проще говоря, это величина, которая препятствует протеканию электрического тока. Символ сопротивления – R. Единица измерения сопротивления – Ом. Обозначение резистора в электрических цепях:

Если рассуждать логически, то сопротивление проводника, отрицательное качество, как у изношенного прибора, не получает всю энергию от источника питания. Однако на практике все происходит наоборот. Как бы логично это ни было, практически ни одна схема не может обойтись без элементов, имеющих разное сопротивление. Элементы, имеющие различные значения сопротивления, называются резисторами.

Резистор

Резистор – это пассивный элемент электрической цепи, который имеет определенное или переменное значение электрического сопротивления.
В этой статье мы рассмотрим, как резистор участвует в снижении напряжения. Когда я начинал заниматься радиоэлектроникой, мне сказали или я где-то прочитал, что резистор уменьшает напряжение. В своей голове я представил, что в зависимости от напряжения, которое вы хотите получить, вы берете резистор определенного значения и все. В этом действительно есть доля правды, но все зависит от многих параметров замкнутого контура. Также при сборке схемы, меняя резисторы с разными номиналами, я не смог уловить сильных изменений напряжения на вольтметре. Конечно, в то время этот феномен, который я не мог объяснить, заставлял меня нервничать.

Рассмотрим простую схему, состоящую из источника питания (ИП), нагрузки в виде лампочки и соединительных проводов. Стандартная маленькая лампочка – “3,5V 0,26A E10”. Номинальные значения, напряжение 3,5 В, протекающий ток 0,26 А. При подключении к питанию 3,5 В, на которое рассчитана лампочка, схема генерирует ток 0,26 А. Вы также можете использовать закон Ома для приблизительного расчета сопротивления лампочки. Давайте сначала вспомним основную формулу – закон Ома для цепи записывается следующей формулой: I = U/R. В нашем случае нам нужно найти сопротивление – R. Преобразуйте формулу R = U / I. (Как удобно формируется эта формула, показано в статье Закон Ома) Возьмем за основу наши данные – 3,5 В / 0,26 А = 13 Ом (округляем в большую сторону) сопротивление лампочки.

Теперь предположим, что у нас есть такая же лампочка, но нет такого источника питания (ИП), с таким напряжением. Имеется только источник питания с напряжением 9 В. Если мы подключим такой источник питания к нашей цепи с лампочкой, в цепи возникнет ток около 0,7 А. Это почти в три раза превышает номинал лампочки (0,26 А). Это, скорее всего, приведет к перегоранию лампочки, лампочка выйдет из строя. Поэтому в нашей схеме нужно подключить дополнительный резистор, как вы уже догадались, он будет забирать часть энергии, часть дополнительного напряжения на себя. Теперь нам нужно рассчитать, какой резистор и какого размера нам подойдет. Для этого необходимо определить, на сколько нужно снизить напряжение источника питания. Кроме того, очень важно знать номинальный ток нагрузки, в данном случае лампочки. Давайте проанализируем имеющиеся у нас данные. Uip – 9 В, напряжение питания. Unag – 3,5 В, номинальное напряжение лампочки. Iнаг – 0,26 А, номинальный ток лампочки. Формула: Rдоб = (Uип – Uна)/ Iна = (9 – 3,5)/0,26 = 21 Ом (после округления) И так, чтобы лампочка не перегорела, нам нужно подключить дополнительный резистор с сопротивлением 21 Ом. Вот что мы будем делать:

Давайте проанализируем, что произошло в цепи. Резистор подключается последовательно с нагрузкой, то есть после резистора идет лампочка или наоборот, в этом случае разницы нет. При последовательном соединении ток для всех нагрузок (резистора и лампочки) остается одинаковым. А напряжение тока делится на нагрузки в соответствии с их сопротивлением. В нашем случае нагрузка (лампочка) имеет напряжение 3,5 В, резистор – 5,5 В. Давайте посмотрим на схему:

Думаю, теперь более понятно, почему мы использовали формулу (Rdob = (Uip – Una)/Inag) для расчета сопротивления дополнительного резистора. У нас одинаковый ток, мы просто нашли сопротивление нагрузки, на которую пойдут наши дополнительные 5,5 В. Это очень важный момент в законах электрических цепей, поэтому хорошо поймите и запомните его. Где еще используются резисторы, следует рассмотреть при изучении других радиокомпонентов.

Если провести измерения с переключателями в другом положении (рис. 14), ту же мощность (400 Вт) можно измерить тем же ваттметром с меньшей погрешностью.

Ваттметр

Для измерения мощности в цепи постоянного тока не требуется специального прибора. Мощность в цепи постоянного тока можно определить, если известны показания вольтметра и амперметра, т.е. напряжение и ток, и она рассчитывается простым перемножением этих величин:

P = U·I.

В цепи переменного тока мощность зависит не только от величины напряжения и тока, но и от сдвиг фаз между ними (подробнее см. раздел “Питание переменного тока”):

P = U·I-cosφ.

Поэтому для измерения мощности в цепях переменного тока необходим специальный прибор – измеритель. ваттметр.

Ваттметр электродинамической системы имеет две катушки (сопротивление катушек мало): неподвижная катушка (катушка тока) K₁последовательно с нагрузкой и подвижной катушкой (“вольтовой” катушкой) K₂подключен параллельно нагрузке. В цепь подвижной катушки добавляется резистор R_Д. Сопротивление R_Д должен быть большим, чтобы ток, протекающий через цепь, содержащую резистор, был мал по сравнению с током нагрузки. Это означает, что сопротивление цепи “вольт” должно быть большим, как в любом вольтметре.

Схема ваттметра (рисунок 12): K₁ – неподвижная катушка (цепь тока); K₂ – движущаяся (“вольтовая”) катушка (цепь напряжения); R_H – сопротивление нагрузки; R_Д – дополнительное сопротивление в цепи подвижной катушки.

Как видно из диаграммы, через подвижную катушку течет тот же ток, что и через сопротивление нагрузки (I₁(t), и через подвижную катушку протекает ток, пропорциональный напряжению нагрузки. Поэтому мгновенный ток неподвижной катушки равен току нагрузки, а ток подвижной катушки пропорционален напряжению нагрузки и должен быть в фазе с ним. Для того чтобы ток был в фазе с напряжением, необходимо добавить сопротивление R_Д должно быть индуктивным, т.е. представлять собой чисто активное сопротивление. Величина этого сопротивления должна быть значительно больше индуктивного сопротивления катушки K₂. В этом случае можно предположить, что все сопротивление цепи напряжения активно, а ток I₂(t) в подвижной катушке будет равна

где U₀ – амплитуда напряжения на нагрузке, частота переменного тока, сдвиг фаз между током и напряжением на нагрузке. Как отмечалось выше, сдвиг фаз между током в подвижной и неподвижной катушках будет равен сдвигу фаз между током и напряжением на сопротивлении нагрузки только в том случае, если сопротивление “вольтовой” цепи ваттметра можно считать активным.

По Закон АмпераСила, действующая на элемент тока со стороны другого элемента тока, пропорциональна размеру каждого элемента тока. Таким образом, мгновенный крутящий момент M(t), действующая на подвижную катушку, пропорциональна произведению токов в подвижной и неподвижной катушках:

M(t) = с-I₁(t)·I₂(t),

где s – константа пропорциональности.

Подставив в уравнение (11) выражение для тока подвижной катушки (10), получим:

Путем усреднения M(t) за период Т, мы находим:

Таким образом, момент, действующий на подвижную катушку, и, следовательно, угол ее поворота, пропорционален средней мощности в цепи переменного тока.

Настоящий ваттметр имеет 4 клеммы, которые на схеме обозначены A, B, C и D. При включении ваттметра в цепь переменного тока изменение направления тока в обеих катушках одновременно не влияет на крутящий момент, но если изменить направление тока только в одной катушке, направление крутящего момента изменится на 180°. Чтобы предотвратить неправильное включение ваттметра, клеммы, соответствующие относительным “стартам” каждой катушки, отмечены звездочкой (). Эти терминалы называются клеммы генератора. Полоса ваттметра отклоняется в правильном направлении, если обе эти клеммы подключены к одному полюсу источника. Обычно эти клеммы уже соединены вместе (A и B). Клеммы A и D подключены к источнику напряжения, а нагрузка подключена между клеммами C и D.

Многопредельные ваттметры имеют отдельные переключатели напряжения и тока для обмоток “вольт” и “ток”. Пределы измерения тока изменяются путем последовательного или параллельного соединения двух половин неподвижной катушки, а пределы измерения напряжения – путем добавления резисторов в цепь подвижной катушки. В этом случае предельная мощность в ваттах равна произведению предельного тока в амперах и предельного напряжения в вольтах.. В целом Предел нагрузки ваттметра и конечное значение шкалы ваттметра не совпадают, в отличие от большинства других приборов. Для чисто реактивной нагрузки фазовый сдвиг между током и напряжением  = 90°. В этом случае ваттметр легко повредить, так как при любом токе, протекающем через ваттметр, его показания всегда будут равны нулю (cos = 0). Обычные ваттметры предназначены для измерений с cos > 0,8. Исключение составляют ваттметры, специально разработанные для низких значений cos (Ваттметры с низким косинусом).

На рисунке 13 показана верхняя панель многоточечного ваттметра с классом точности 1,5. При таком положении переключателей предельное (номинальное) значение измеряемой мощности составит P_NOM = 300 В – 2 А = 600 ВТ. Переключая переключатели, можно изменять предел измерения этого ваттметра от 75 Вт до 1800 Вт.

В случае с многоточечными ваттметрами цена за градуировку шкалы Ts_Д. Значение градуировки шкалы равно отношению номинальной мощности (предел измерения ваттметра) к общему числу градуировок N на шкале измерительного прибора: C_Д = P_NOM/N. Для устройства, показанного на рисунке 13, значение деления D_Д = 600 Вт/150 делений = 4 Вт/дел.

Численное значение измеряемой мощности составляет P_WPI это значение деления, умноженное на количество делений на шкале (в данном случае ваттметр показывает 100 делений): P_PPM = 4 Вт/дел. 100 дивизий. = 400 W.

Как и в других электроизмерительных приборах, величина абсолютной и относительной погрешности зависит от выбранного предела измерения.

При положении переключателя, показанном на рис. 13, абсолютная погрешностьP измеренной мощности будет, согласно формуле (4)

9 (W),

и относительная ошибка₀ измеренной мощности, в соответствии с (6):

Если измерения проводятся с переключателями в другом положении (рис. 14), одно и то же значение мощности (400 Вт) может быть измерено тем же ваттметром с меньшей погрешностью.

Предел измерения ваттметра (номинальная мощность) в этом случае составит: P_NOM = 150 В 3 А = 450 ВТ,

значение раздела: Ц_Д = 450 ВТ / 150 А. = 3 Вт/дел,

абсолютная погрешность: P = (_CL.T.-P_NOM)/100 = (1.5-450)/100 = 6.75 (W),

относительная ошибка:

Таким образом, выбор наиболее подходящего предела измерения уменьшает как абсолютную, так и относительную неопределенность.

Если необходимо, чтобы ток, протекающий через измерительный механизм, был в определенное число раз меньше измеряемого тока, необходимо, чтобы сопротивление шунта удовлетворяло следующему выражению

Добавление сопротивления

Сумматоры сопротивления (резисторы) являются простейшими преобразователями напряжения в ток.

Когда необходимо переключить нагрузку или группу нагрузок на более высокое напряжение, чем то, на которое они были рассчитаны, подключается вспомогательный резистор. Этот резистор создает падение напряжения, которое снижает напряжение приемника до необходимого значения. Напряжение источника в этом случае является суммой напряжений нагрузки и последовательного резистора, т.е:

Понижение напряжения с помощью импульсного резистора неэкономично, поскольку электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию в резисторе.

Поскольку электроизмерительные приборы почти всех систем реагируют на величину тока, добавочные резисторы предназначены для расширения пределов их измерения вольтметрами, счетчиками энергии, фазометрами и ваттметрами. Резистор подключается последовательно с устройством. Пример такого соединения показан на рисунке ниже.

Рисунок 2: Схема подключения. Автор24 – онлайн-биржа студенческих работ

Электрический ток в измерительной цепи в этом случае рассчитывается по формуле:

где: U – измеряемое напряжение; Rn – сопротивление измерительного прибора; Rd – сопротивление дополнительного резистора.

Поскольку через дополнительный резистор и измерительный прибор протекает одинаковый электрический ток, падение напряжения на измерительном приборе можно рассчитать по следующей формуле:

Если измерительный прибор, например, вольтметр, имеет предел измерения, то дополнительный резистор расширяет этот предел на определенное значение, но только при соблюдении следующего условия:

Использование дополнительных резисторов также снижает температурную погрешность электроизмерительных приборов. По графику, показанному ранее, общий температурный коэффициент измерительного устройства можно рассчитать по следующей формуле:

$B = (Vn*Rn+Vd*Rd) / Rn+Rd$.

Где: Vn – температурный коэффициент сопротивления измерительного устройства; Vd – температурный коэффициент сопротивления дополнительного резистора.

Как правило, температурный коэффициент резистивного элемента стремится к нулю, поэтому следующее выражение можно считать верным:

Из этого выражения следует, что Rn намного меньше Rd, и что B намного меньше Vn.

Как и шунты, последовательные резисторы изготавливаются из марганца и используются при напряжении до 30 кВ. Мультирезисторы используются в панельных и портативных устройствах.

Читайте далее: