Опір паралельно та послідовно. Розрахунок результуючого опору при послідовно-паралельному з'єднанні


Обчислення опору та потужності при паралельному та послідовному з'єднанні резисторів. (10+)

Розрахунок паралельно/послідовно з'єднаних резисторів, конденсаторів та дроселів

Паралельне або послідовне з'єднання(Включення) застосовується зазвичай у кількох випадках. По першеякщо немає резистора номіналу. По-другеякщо є потреба отримати резистор більшої потужності. По-третєЯкщо необхідно точно підібрати номінал деталі, а встановлювати підстроєчник недоцільно з міркувань надійності. Більшість радіодеталей мають допуски. Щоб компенсувати їх, наприклад для резистора, послідовно з великим резистором встановлюють менший в рази. Підбір цього меншого резистора дозволяє отримати потрібне значення опору.

До вашої уваги добірка матеріалів:

Резистори

З'єднуємо послідовно

= +

= [Опір першого резистора, ком] * [Сила струму, ма] ^ 2 / 1000

= [Опір другого резистора, кОм] * [Сила струму, ма] ^ 2 / 1000

Виходить, що із двох резисторів по 500 Ом на 2 Вт можна зробити один на 1 кОм, 4 Вт.

Включаємо паралельно

1 / (1 / [Опір першого резистора, ком] + 1 / [Опір другого резистора, кОм])

Ця формула інтуїтивно зрозуміла, та й формально може бути виведена з такого міркування. При заданому напрузі на резисторах через кожен їх незалежно йде струм, рівний напрузі, поділеному на опір. Підсумковий опір дорівнює напрузі, поділеному на сумарний струм. У формулах значення напруги щасливо скорочується, і виходить наведена формула.

[Потужність, що розсіюється першим резистором, Вт] = [Напруга на резисторах,] ^ 2 / [Опір першого резистора, ком] / 1000

[Потужність, що розсіюється другим резистором, Вт] = [Напруга на резисторах,] ^ 2 / [Опір першого резистора, ком] / 1000

Виходить, що із двох резисторів по 500 Ом на 2 Вт можна зробити один на 250 Ом, 4 Вт.

Напруга на резисторах (для розрахунку при заданій напрузі),
Сила струму через резистори (для розрахунку при заданому струмі), мА
Опір першого резистора, ком
Опір другого резистора, кОм
Послідовне включення
Опір послідовно з'єднаних резисторів, ком
Струм через резистори при заданій напрузі, ма
Паралельне включення
Опір паралельно з'єднаних резисторів, ком
Потужність на першому резистори при заданій напрузі, Вт

0.0083333333333333

Потужність на другому резистори при заданій напрузі, Вт
Напруга на резисторах при заданому струмі,
Потужність на першому резистори при заданому струмі, Вт
Потужність на другому резистори при заданому струмі, Вт
Порада! Збережіть адресу цієї сторінки у вибраному. Можливо Вам знадобиться повторити розрахунок.

На жаль, у статтях періодично зустрічаються помилки, вони виправляються, статті доповнюються, розвиваються, готуються нові. Підпишіться на новини , щоб бути в курсі.

Якщо щось незрозуміло, обов'язково спитайте!

Це хоч і доволі проста тема, але дуже важлива. Правила всього два: при послідовному з'єднанні складаються опори резисторів, а при паралельному складаються їх провідності, які, за визначенням з глави /, є величини, обернені до опору (див. рис. 5.3). Зрозуміти, чому правила саме такі, можна, якщо розглянути перебіг струмів в обох випадках - при послідовному з'єднанні струм I через резистори один і той же, тому падіння напруги на них складаються, що рівносильне додавання опорів. При паралельному з'єднанні, навпаки, рівні падіння напруги U, а складати доводиться струми, що рівносильно додавання провідностей. Якщо ви не зрозуміли сказане вище, то посидіть над рис. 5.3 з олівцем та папером та виведіть вирази закону Ома для кожного з випадків – і все стане на свої місця.

Мал. 5.3. Послідовне та паралельне з'єднання резисторів

З цих термінів випливає кілька практичних правил, які корисно завчити:

При послідовному з'єднанні:

Пара резисторів має опір завжди більше, ніж опір резистора з більшим номіналом (правило «більше»);

Якщо номінали резисторів рівні, то сумарний опір рівно вдвічі більше за кожен номінал;

Якщо номінали резисторів різняться у багато разів, то загальний опір приблизно дорівнює більшому номіналу (типовий випадок згадувався у розділі 1: у прикладі на рис. 1.4 ми ігноруємо опір проводів, оскільки воно набагато менше опору резисторів);

При паралельному з'єднанні:

Пара резисторів має опір завжди менший, ніж опір резистора з меншим номіналом (правило «менше меншого»);

Якщо номінали резисторів рівні, то сумарний опір рівно вдвічі менше від кожного номіналу;

Якщо номінали резисторів різняться у багато разів, то загальний опір приблизно дорівнює меншому номіналу (це також можна проілюструвати з прикладу рис. 1.4, де ми ігноруємо наявність вольтметра, включеного паралельно R2, оскільки його опір набагато більше опору резистора).

Знання цих правил допоможе вам швидко оцінювати схему, не займаючись вправами алгебри і не вдаючись до допомоги калькулятора. Навіть якщо співвідношення опорів не підпадає під перелічені випадки, результат все одно можна оцінити «на око» з достатньою точністю. При паралельному з'єднанні, яке представляє велику складність при розрахунках, для такої оцінки потрібно прикинути, яку частку менший опір становить від їхньої арифметичної суми-приблизно в стільки разів знизиться їхній загальний опір по відношенню до меншого. Перевірити це легко: нехай один опір має номінал 3,3 кім, друге - 6,8 кім. Відповідно до викладеного ми будемо очікувати, що загальний опір має бути на 30% менше, ніж 3,3 кім, тобто 2,2 кім (3,3 становить приблизно одну третину від суми 3,3 +6,8, тобто загальний опір має бути меншим, ніж 3,3, на третину від цього значення, що дорівнює 1,1 - в результаті і отримуємо 2,2). Якщо ми перевіримо результат, отриманий такою прикидкою в думці, точним розрахунком, то отримаємо в результаті дуже близьке значення 2,22 кОм.

У більшості випадків нам такої точності і не потрібно - пам'ятайте, що й самі опори мають розкид за номіналом, і в більшості звичайних схем допуски на номінали стандартних компонентів можуть бути досить великими (принаймні правильно складеними схемами). Якщо ж схема в деяких випадках повинна все ж таки мати якісь суворо певні параметри, то за допомогою стандартних компонентів ви все одно цього не досягнете - параметри «гулятимуть» (у межах допусків, природно) від подиху вітерця з кватирки, і в таких випадках треба застосовувати прецизійні резистори і конденсатори, а під час ланцюгів, що задають, використовувати кварцові резонатори. Але складати схему так, щоб вона втрачала працездатність від заміни резистора 1 кім на резистор 1,1 кім - не наш метод!

Поняття та формули

Послідовно-паралельне, або змішане, з'єднання є складним з'єднанням трьох і більше опорів. Результуючий опір при змішаній сполукі розраховується поетапно із застосуванням формул розрахунку опорів при послідовному та паралельному з'єднаннях.

Приклади

Спочатку замінимо паралельно з'єднані опори r2 і r3 результуючим опором r(2-3):

r(2-3)=(r2∙r3)/(r2+r3)=(10∙20)/30=6,6 Ом.

Результуючий опір усієї схеми r=r1+r(2-3)=5+6,6=11,6 Ом.

Мал. 1.

2. Який струм протікає по ланцюгу (рис. 2) у випадках розімкнутого та замкнутого P? Як змінюється напруга на опорі r2 в обох випадках?

Мал. 2.

а) Рубильник розімкнуто. Результуючий опір послідовно включених опорів r1 та r2

r(1-2)=r1+r2=25 Ом.

Струм I(1-2)=U/r(1-2) =100/25=4 А.

Падіння напруги на опорі r2

U2=I(1-2)∙r2=4∙5=20 Ст.

б) Рубильник замкнутий. Результуючий опір паралельно включених опорів r1 та r3

r(1-3)=(r1∙r3)/(r1+r3)=(20∙10)/(20+10)=200/30=6,6 Ом.

Загальний опір усієї схеми r=r(1-3)+r2=6,6+5=11,6 Ом.

Струм I=U/r=100/11,6=8,62 А.

Падіння напруги на опорі r2 у цьому випадку дорівнює: U2=I∙r2=8,62∙5=43,25 Ст.

У другому випадку струм збільшився внаслідок підключення паралельного опору R3. Більший струм створює більше опору r2.

3. Яким має бути rд, щоб дві паралельно з'єднані лампи на напругу 120 В та струм 0,2 А могли бути включені до мережі напругою U=220 В (рис. 3)?

Мал. 3.

Напруга на лампах повинна дорівнювати 120 В. Інша напруга (100 В) падає на додатковому опорі rд. Через опір rд проходить струм двох ламп I = 0,4А.

За законом Ома rд = Uд / I = 100/0,4 = 250 Ом.

4. Електронні лампи з напругою розжарення 1,2 В та струмом розжарення 0,025 та 0,05 А підключені послідовно до джерела постійного струмунапругою 4,5 В. Якими повинні бути додатковий опір rд і до лампи, що має менший струм розжарення (рис. 4)?

Мал. 4.

Опір у схемі повинні бути підібрані так, щоб протікав струм розжарювання другої лампи I=0,05 А. Напруга на нитках розжарювання електронних ламп буде дорівнює 1,2+1,2=2,4 В. Відніміть цю величину з напруги батареї, отримаємо величину падіння напруги на додатковому опорі rд: Uд = 4,5-2,4 = 2,1 Ст.

Звідси додатковий опір rд=(Uд)/I=2,1/0,05=42 Ом.

Струм розжарення 0,05 А не повинен весь протікати через нитку першої електронної лампи. Половина цього струму (0,05-0,025=0,025 А) має пройти через шунт r. Напруга на шунті така сама, як і нитки лампи, т. е. 1,2 У. Звідси опір шунта одно: r=1,2/0,025=48 Ом.

5. Які результуючі опір ланцюга і струм у ній у схемі на рис. 5?

Мал. 5.

Насамперед, визначимо результуючий опір паралельно з'єднаних опорів:

r(1-2)=(r1∙r2)/(r1+r2)=(2∙4)/(2+4)=8/6=1,3 Ом;

r(4-5)=(r4∙r5)/(r4+r5)=(15∙5)/(15+5)=75/20=3,75 Ом.

Результуючий опір ланцюга дорівнює:

r=r(1-2)+r3+r(4-5)=1,3+10+3,75=15,05 Ом.

Результуючий струм при напрузі U=90,5

I=U/r=90,5/15,05=6 А.

Мал. 6.

Результуюча провідність паралельно включених опорів

1/r(3-4-5) =1/r3 +1/r4 +1/r5 =1/5+1/10+1/20=7/20 сім;

r(3-4-5)=20/7=2,85 Ом.

Опір ланцюга з r1 і r2 дорівнює:

r(1-2)=r1+r2=15+5=20 Ом.

Результуюча провідність та опір між точками А і В відповідно дорівнюють: 1/rAB =1/r(3-4-5) +1/r(1-2) =7/20+1/20=8/20 сим; rAB=20/8=2,5 Ом.

Результуючий опір усієї схеми r=rAB+r6=2,5+7,5=10 Ом.

Результуючий струм I = U / r = 24/10 = 2,4 А.

Напруга між точками А і В дорівнює напрузі джерела U за вирахуванням падіння напруги на опорі r6

UAB=U-I∙r6=24-(2,4∙7,5)=6 Ст.

На цю напругу включено опір r4, тому струм, що проходить через нього, дорівнюватиме:

I4 = UAB / r4 = 6/10 = 0,6 А.

Опір r1 і r2 мають загальне падіння напруги UAB, тому струм, що проходить через опір r1, дорівнює:

I1 = UAB / r (1-2) = 6/20 = 0,3 А.

Падіння напруги на опорі r1

Ur1=I1∙r1=0,3∙15=4,5 Ст.

7. Якими є результуючий опір і струм у схемі на рис. 7, якщо напруга джерела U = 220?

Мал. 7.

Починаємо з контуру, розташованого праворуч від вузлів 3 і 3. Опір r7, r8, r9 з'єднаний послідовно, тому

r(7-8-9)=r7+r8+r9=30+40+20=90 Ом.

Паралельно з цим опором включено опір r6, тому результуючий опір у вузлі 3 і 3 (розріз a)

ra=(r6∙r(7-8-9))/(r6+r(7-8-9))=(20∙90)/(20+90)=1800/110=16,36 Ом.

Послідовно з опором ra включені опори r4 та r5:

r(4-5-a)=10+20+16,36=46,36 Ом.

Результуючий опір у вузлах 2 та 2 (розріз b)

rb=(r(4-5-a)∙r3)/(r(4-5-a)+r3)=(46,36∙30)/(46,36+30)=1390,8/76, 36 = 18,28 Ом.

Результуючий опір всього ланцюга r=r1+rb+r2=40+18,28+10=68,28 Ом.

Результуючий струм I = U / r = 220/68,28 = 3,8 А.