Noțiuni de bază Disiparea puterii și componentele electronice Evil Mad Scientist Laboratories
Facând lumea un loc mai bun, un om de știință nebun rău la un moment dat.
O provocare permanentă în proiectarea circuitelor electronice este selectarea componentelor adecvate care nu numai că își îndeplinesc sarcinile preconizate, dar vor supraviețui și în condiții de funcționare previzibile. O mare parte a acestui proces se asigură că componentele dvs. vor rămâne în limitele lor de funcționare în condiții de siguranță în ceea ce privește curentul, tensiunea și puterea. Dintre aceste trei, porțiunea „putere” este adesea cea mai dificilă (atât pentru noii veniți, cât și pentru experți), deoarece zona de operare sigură poate depinde atât de puternic de particularitățile situației.
În cele ce urmează, vom introduce câteva dintre conceptele de bază ale disipării puterii în componentele electronice, cu un ochi către înțelegerea modului de selectare a componentelor pentru circuite simple, având în vedere limitările de putere.
- PORNIRE SIMPLĂ -
Să începem cu unul dintre cele mai simple circuite imaginabile: o baterie conectată la un singur rezistor:
Aici, avem o singură baterie de 9 V și o singură baterie de 100? (100 Ohm) rezistor, conectat cu fire pentru a forma un circuit complet.
Destul de ușor, nu? Dar acum o întrebare: Dacă doriți să construiți de fapt acest circuit, cât de mare este un 100? rezistență pe care trebuie să o folosiți pentru a vă asigura că nu se supraîncălzește? Adică, putem folosi doar un rezistor regular W „obișnuit”, ca cel de mai jos, sau trebuie să mergem mai mari?
Pentru a afla, trebuie să putem calcula cantitatea de putere pe care rezistența o va disipa.
Iată regula generală pentru calcularea disipării puterii:
Regula de putere: = Eu × V
Dacă un curent Eu curge printr-un element dat din circuitul dvs., pierzând tensiunea V în acest proces, atunci puterea disipată de acel element de circuit este produsul acelui curent și tensiune: = Eu × V.
Deoparte:
Cum poate curentul de tensiune să ajungă să ne ofere o măsurare a „puterii”?
Pentru a înțelege acest lucru, trebuie să ne amintim ce reprezintă fizic curentul și tensiunea.
Curentul electric este rata de curgere a sarcinii electrice prin circuit, în mod normal exprimată în amperi, unde 1 amper = 1 coulomb pe secundă. (Coulombul este unitatea SI de sarcină electrică.)
Tensiunea, sau mai formal, potențialul electric, este energia potențială pe unitate de sarcină electrică - în elementul circuitului în cauză. În majoritatea cazurilor, vă puteți gândi la aceasta ca la cantitatea de energie care este „consumată” în element, pe unitate de încărcare care trece. Potențialul electric este în mod normal măsurat în volți, unde 1 volt = 1 joule per coulomb. (Joule-ul este unitatea SI a energiei.)
Deci, dacă luăm un curent de două ori mai mare decât o tensiune, aceasta ne dă cantitatea de energie care este „consumată” în element, pe unitate de încărcare, ori numărul acelor unități de încărcare care trec prin element pe secundă:
1 amper × 1 volt =
1 (coulomb/secundă) × 1 (joule/coulomb) =
1 joule/secundă
Cantitatea rezultată este în unități de un joule pe secundă: o rată de curgere a energiei, mai bine cunoscută sub numele de putere. Unitatea de putere SI este watt, unde 1 watt = 1 joule pe secundă.
În cele din urmă, avem
1 amper × 1 volt = 1 watt
Înapoi la circuitul nostru! Pentru a utiliza regula puterii ( = Eu × V), trebuie să cunoaștem atât curentul prin rezistor, cât și tensiunea din rezistor.
Mai întâi, folosim legea lui Ohm ( V = Eu × R ), pentru a găsi curentul prin rezistor.
• Tensiunea pe rezistor este V = 9 V.
• Rezistența rezistorului este R = 100 ?.
Prin urmare, curentul prin rezistor este:
Apoi, putem folosi regula puterii ( = Eu × V ), pentru a găsi puterea disipată de rezistor.
• Curentul prin rezistor este Eu = 90 mA.
• Tensiunea pe rezistor este V = 9 V.
Prin urmare, puterea disipată în rezistor este:
Deci, puteți merge mai departe și puteți utiliza acel rezistor de 1/4 W?
Nu, pentru că probabil nu va reuși din cauza supraîncălzirii.
Cele 100? rezistența din acest circuit trebuie evaluată pentru cel puțin 0,81 W. În general, se alege următoarea dimensiune disponibilă mai mare, 1 W în acest caz.
Un rezistor de 1 W vine de obicei într-un pachet fizic mult mai mare, ca cel prezentat aici:
(A 1 W, 51? Rezistor, pentru compararea dimensiunilor.)
Deoarece un rezistor de 1 W este mult mai mare din punct de vedere fizic, ar trebui să fie capabil să se descurce cu disiparea unei cantități mai mari de putere, cu suprafața sa mai mare și cablurile mai largi. (S-ar putea să fie încă foarte cald la atingere, dar nu ar trebui să se încălzească suficient pentru a eșua.)
Iată un aranjament alternativ care funcționează cu patru 25? rezistențe în serie (care încă adaugă până la 100?). În acest caz, curentul prin fiecare rezistor este încă de 90 mA. Dar, deoarece există doar un sfert din tensiune pe fiecare rezistor, există doar un sfert din puterea disipată în fiecare rezistor. Pentru acest aranjament, este nevoie doar ca cele patru rezistențe să fie evaluate pentru 1/4 W.
În afară de aceasta: Trecerea la acest exemplu.
Deoarece cele patru rezistențe sunt în serie, le putem adăuga valorile împreună pentru a obține rezistența lor totală, 100? Folosirea legii lui Ohm cu această rezistență totală ne oferă din nou curentul de 90 mA. Și din nou, deoarece rezistențele sunt în serie, același curent (90 mA) trebuie să curgă prin fiecare, înapoi la baterie. Tensiunea pe fiecare 25? rezistor este atunci V = Eu × R, sau 90 mA × 25? = 2,25 V. (Pentru a verifica de două ori dacă acest lucru este rezonabil, rețineți că tensiunile din cele patru rezistențe însumează până la 4 × 2,25 V = 9 V.)