Semua perangkat elektronik mengandung resistor sebagai elemen utamanya. Ini digunakan untuk mengubah jumlah arus dalam rangkaian listrik. Artikel ini menyajikan sifat-sifat resistor dan metode untuk menghitung dayanya.
Penetapan Resistor
Resistor digunakan untuk mengatur arus pada rangkaian listrik. Properti ini didefinisikan oleh Hukum Ohm:
I=U/R (1)
Dari rumus (1) terlihat jelas bahwa semakin kecil hambatannya maka semakin kuat arusnya, dan sebaliknya semakin kecil nilai R maka semakin besar arusnya. Sifat hambatan listrik inilah yang digunakan dalam teknik listrik. Berdasarkan rumus ini, rangkaian pembagi arus dibuat, yang banyak digunakan dalam perangkat listrik.
Dalam rangkaian ini, arus dari sumber dibagi menjadi dua, berbanding terbalik dengan hambatan resistor.
Selain pengaturan arus, resistor digunakan dalam pembagi tegangan. Dalam hal ini, hukum Ohm digunakan lagi, tetapi dalam bentuk yang sedikit berbeda:
U=I∙R (2)
Dari rumus (2) dapat disimpulkan bahwa ketika resistansi meningkat, tegangan meningkat. Properti inidigunakan untuk membangun rangkaian pembagi tegangan.
Dari diagram dan rumus (2) jelas bahwa tegangan melintasi resistor didistribusikan secara proporsional dengan resistansi.
Gambar resistor pada diagram
Menurut standar, resistor digambarkan sebagai persegi panjang dengan dimensi 10 x 4 mm dan dilambangkan dengan huruf R. Kekuatan resistor sering ditunjukkan pada diagram. Gambar indikator ini dilakukan dengan garis miring atau lurus. Jika daya lebih dari 2 watt, maka penunjukannya dibuat dalam angka romawi. Ini biasanya dilakukan untuk resistor wirewound. Beberapa negara bagian, seperti Amerika Serikat, menggunakan konvensi lain. Untuk memfasilitasi perbaikan dan analisis rangkaian, daya resistor sering diberikan, yang penunjukannya dilakukan sesuai dengan GOST 2.728-74.
Spesifikasi Perangkat
Karakteristik utama resistor adalah resistansi nominal Rn, yang ditunjukkan pada diagram di dekat resistor dan pada casingnya. Satuan hambatan adalah ohm, kiloohm, dan megaohm. Resistor dibuat dengan resistansi dari pecahan ohm hingga ratusan megaohm. Ada banyak teknologi untuk produksi resistor, semuanya memiliki kelebihan dan kekurangan. Pada prinsipnya, tidak ada teknologi yang memungkinkan pembuatan resistor yang benar-benar tepat dengan nilai resistansi tertentu.
Karakteristik penting kedua adalah deviasi resistansi. Ini diukur dalam % dari nominal R. Ada kisaran standar deviasi resistansi: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% dan selanjutnya hingganilai ±0,001%.
Karakteristik penting berikutnya adalah kekuatan resistor. Selama operasi, mereka memanas dari arus yang melewatinya. Jika disipasi daya melebihi nilai yang diizinkan, perangkat akan gagal.
Resistor mengubah resistansinya saat dipanaskan, jadi untuk perangkat yang beroperasi dalam rentang suhu yang luas, satu karakteristik lagi diperkenalkan - koefisien suhu resistansi. Diukur dalam ppm/°C, yaitu 10-6 Rn/°C (sepersejuta Rnsebesar 1°C).
Koneksi seri resistor
Resistor dapat dihubungkan dengan tiga cara berbeda: seri, paralel, dan campuran. Ketika dihubungkan secara seri, arus melewati semua hambatan secara bergantian.
Dengan sambungan seperti itu, arus di setiap titik dalam rangkaian adalah sama, dapat ditentukan oleh hukum Ohm. Resistansi total rangkaian dalam hal ini sama dengan jumlah resistansi:
R=200+100+51+39=390 Ohm;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Sekarang Anda dapat menentukan daya ketika resistor dihubungkan secara seri, dihitung dengan rumus:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
Kekuatan resistor yang tersisa ditentukan dengan cara yang sama:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 Sel;
P2=I2∙R2=0, 256 2∙100=6,55W;
P3=I2∙R3=0, 256 2∙51=3, 34W;
P4=I2∙R4=0, 256 2∙39=2, 55 Sel.
Jika Anda menambahkan kekuatan resistor, Anda mendapatkan P: penuh
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 Sel.
Koneksi paralel resistor
Dalam koneksi paralel, semua awal resistor terhubung ke satu simpul rangkaian, dan ujungnya ke simpul lainnya. Dengan koneksi ini, arus bercabang dan mengalir melalui setiap perangkat. Besarnya arus, menurut hukum Ohm, berbanding terbalik dengan resistansi, dan tegangan pada semua resistor adalah sama.
Sebelum Anda menemukan arus, Anda perlu menghitung konduktivitas total semua resistor menggunakan rumus terkenal:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3 +1/R4=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Ohm.
Resistensi adalah kebalikan dari konduktivitas:
R=1/0, 06024=16,6 ohm.
Menggunakan hukum Ohm, cari arus melalui sumber:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Mengetahui arus yang melalui sumbernya, carilah kekuatan resistor yang dihubungkan secara paralel dengan rumus:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 Sel.
Menurut hukum Ohm, arus yang melalui resistor dihitung:
I1=U/R1=100/200=0.5A;
I2=U/R2=100/100=1 A;
I3=U/R1=100/51=1, 96A;
I1=U/R1=100/39=2, 56 A.
Rumus yang sedikit berbeda dapat digunakan untuk menghitung daya resistor pada sambungan paralel:
P1=U2/R1=100 2/200=50W;
P2=U2/R2=100 2/100=100W;
P3=U2/R3=100 2/51=195.9W;
P4=U2/R4=100 2/39=256, 4 Sel.
Jika Anda menambahkan semuanya, Anda mendapatkan kekuatan semua resistor:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 Sel.
Koneksi campuran
Skema dengan koneksi resistor campuran berisi koneksi serial dan paralel secara bersamaan. Rangkaian ini mudah diubah dengan mengganti sambungan paralel resistor dengan yang seri. Untuk melakukan ini, pertama-tama ganti resistansi R2 dan R6 dengan total R2, 6, dengan menggunakan rumus di bawah ini:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
Dengan cara yang sama, dua resistor paralel R4, R5 diganti dengan satu R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
Hasilnya adalah sirkuit baru yang lebih sederhana. Kedua skema ditunjukkan di bawah ini.
Kekuatan resistor pada rangkaian sambungan campuran ditentukan oleh rumus:
P=U∙I.
Untuk menghitung rumus ini, pertama cari tegangan pada setiap hambatan dan jumlah arus yang melaluinya. Anda dapat menggunakan metode lain untuk menentukan kekuatan resistor. Untuk inirumus yang digunakan:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Jika hanya tegangan pada resistor yang diketahui, maka rumus lain digunakan:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Ketiga rumus tersebut sering digunakan dalam praktik.
Perhitungan parameter rangkaian
Penghitungan parameter rangkaian adalah untuk menemukan arus dan tegangan yang tidak diketahui dari semua cabang di bagian rangkaian listrik. Dengan data ini, Anda dapat menghitung kekuatan setiap resistor yang termasuk dalam rangkaian. Metode perhitungan sederhana telah ditunjukkan di atas, tetapi dalam praktiknya situasinya lebih rumit.
Dalam sirkuit nyata, koneksi resistor dengan bintang dan delta sering ditemukan, yang menciptakan kesulitan yang signifikan dalam perhitungan. Untuk menyederhanakan skema tersebut, metode telah dikembangkan untuk mengubah bintang menjadi segitiga, dan sebaliknya. Metode ini diilustrasikan dalam diagram di bawah ini:
Rangkaian pertama memiliki bintang yang terhubung ke node 0-1-3. Resistor R1 terhubung ke node 1, R3 ke node 3, dan R5 ke node 0. Pada diagram kedua, resistor segitiga terhubung ke node 1-3-0. Resistor R1-0 dan R1-3 terhubung ke node 1, R1-3 dan R3-0 terhubung ke node 3, dan R3-0 dan R1-0 terhubung ke node 0. Kedua skema ini benar-benar setara.
Untuk berpindah dari rangkaian pertama ke rangkaian kedua, resistansi resistor segitiga dihitung:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Transformasi lebih lanjut direduksi menjadi perhitungan resistansi paralel dan seri-terhubung. Ketika impedansi rangkaian ditemukan, arus yang melalui sumber ditemukan sesuai dengan hukum Ohm. Dengan menggunakan hukum ini, tidak sulit untuk mencari arus di semua cabang.
Bagaimana menentukan kekuatan resistor setelah menemukan semua arus? Untuk melakukan ini, gunakan rumus terkenal: P=I2∙R, menerapkannya untuk setiap hambatan, kita akan menemukan kekuatannya.
Penentuan eksperimental karakteristik elemen rangkaian
Untuk secara eksperimental menentukan karakteristik elemen yang diinginkan, diperlukan untuk merakit rangkaian tertentu dari komponen nyata. Setelah itu, dengan bantuan alat ukur listrik, semua pengukuran yang diperlukan dilakukan. Metode ini padat karya dan mahal. Desainer perangkat listrik dan elektronik menggunakan program simulasi untuk tujuan ini. Dengan bantuan mereka, semua perhitungan yang diperlukan dibuat, dan perilaku elemen rangkaian dalam berbagai situasi dimodelkan. Baru setelah itu prototipe perangkat teknis dirakit. Salah satu program umum tersebut adalah sistem simulasi Multisim 14.0 yang kuat dari Instrumen Nasional.
Bagaimana cara menentukan kekuatan resistor menggunakan program ini? Hal ini dapat dilakukan dengan dua cara. Metode pertama adalah mengukur arus dan tegangan dengan amperemeter dan voltmeter. Dengan mengalikan hasil pengukuran maka didapat daya yang dibutuhkan.
Dari rangkaian ini kita menentukan daya hambatan R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20.6mW.
Metode kedua adalah pengukuran langsung daya dimenggunakan wattmeter.
Dari diagram ini dapat dilihat bahwa daya hambatan R3 adalah P3=20.8 mW. Perbedaan karena kesalahan pada metode pertama lebih besar. Kekuatan elemen lain ditentukan dengan cara yang sama.
