И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

Электрическое сопротивление, измеряется в омах [Ом). Один ом — это сопротивление цепи, в которой протекает ток в один ампер при напряжении, равном одному вольту. В электронике часто пользуются в тысячу раз большей единицей — килоомом [кОм] и в миллион раз большей единицей — мегаомом [МОм].

Закон Ома определяет зависимость между током и напряжением в цепи. Он гласит, что ток I, протекающий в цепи, пропорционален напряжению U и обратно пропорционален электрическому сопротивлению R, находящемуся в данной цепи.

Математически закон Ома выражается зависимостью

I = U/R, U = R·I или R = U/I.

При использовании этой зависимости следует помнить о размерности используемых единиц. Так, если ток выражается в амперах, а напряжение в вольтах, то сопротивление получаем в омах.

Мощность электрического тока измеряется в ваттах [Вт]. В электронике часто пользуются единицей, в тысячу раз меньшей, называемой милливаттом [мВт]. В электронных устройствах действуют чаще всего мощности от нескольких милливатт до нескольких десятков ватт. Мощность источников питания постоянного тока в большинстве случаев не превышает нескольких сотен ватт.

Математически мощность Р есть произведение тока на напряжение

Р = U·I

или с учетом закона Ома

Р = I2·R либо Р = U2/R.

Источником напряжения или точнее источником с постоянным выходным напряжением называется такой источник электрической энергии, который на своих внешних зажимах имеет постоянное, неизменное напряжение независимо от тока, потребляемого от этого источника.

Каждый источник обладает определенным внутренним сопротивлением и может быть представлен в виде последовательного соединения (рис. 1.12) идеальной ЭДС, выраженной в вольтах, и определенного внутреннего сопротивления Rг, выраженного в омах.

Рис. 1.12. Источник и внешняя цепь

Если к такому источнику подключить внешнюю цепь, то потребляемый ею ток будет идти через внутреннее сопротивление источника. На нем возникает падение напряжения тем большее, чем больше ток, — потребляемый внешней цепью. Напряжение на внешних зажимах источника равно разности ЭДС источника и падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Поэтому внешнее напряжение может иметь постоянное значение, несмотря на изменения потребляемого тока, только тогда, когда внутреннее сопротивление источника близко к нулю. Именно такой источник будем называть источником напряжения.

Графическое изображение источника напряжения показано на рис. 1.13. На практике идеальные источники с постоянным напряжением не встречаются. Однако часто источники с внутренним сопротивлением, более чем в 10 раз меньшим сопротивлении нагрузки, можно приближенно считать источниками напряжения.

Рис. 1.13. Графическое изображение источника напряжения

Источником тока или точнее источником с постоянным выходным током называется такой источник электрической энергии, который отдаст во внешнюю цепь ток постоянного значения независимо от падения напряжения на этой цепи, т. е. независимо от электрического сопротивления внешней цепи. Отдаваемый источником ток может иметь постоянное значение только в том случае, когда внешнее сопротивление Rн пренебрежимо мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника Rвн. Это бывает только тогда, когда внутреннее сопротивление источника бесконечно велико. Такой источник называется идеальным источником тока.

Графически источник тока представлен на рис. 1.14. Чаще на схемах не показывают внутреннее сопротивление Rвн либо вместо резистора, включаемого последовательно с собственно источником тока, изображают идеальный источник с проводимостью (величина, обратная сопротивлению), обозначаемой Yвн. Проводимость подключают параллельно источнику. На практике источниками тока часто считают источники, внутреннее сопротивление которых значительно больше сопротивления нагрузки, на которую работает данный источник.

Рис. 1.14. Графическое изображение источника тока:

а — переменного тока; б — постоянного тока

Если источник с некоторым внутренним сопротивлением нагрузить внешним сопротивлением, то окажется, что мощность, отдаваемая источником и выделяемая в нагрузке, будет зависеть от внешнего сопротивления. Максимальная мощность выделяется на нагрузке в том случае, когда ее сопротивление равно сопротивлению источника (рис. 1.15). Такое состояние называется согласованием нагрузки с источником.

Рис. 1.15. Зависимость передаваемой в нагрузку мощности от сопротивления нагрузки

В электронике встречаются различные виды источников постоянного и переменного токов. Источниками постоянного тока служат батареи и аккумуляторы, используемые для питания переносной и бортовой аппаратуры, а также различные устройства электропитания. Батареи и аккумуляторы характеризуются малым внутренним сопротивлением и в большинстве случаев их можно считать источниками напряжения. У питающих устройств постоянного тока, работающих по принципу выпрямления переменного тока, внутреннее сопротивление зависит от их схемного решения, однако в большинстве случаев они близки к источникам напряжения.

Источниками переменного тока в электронных устройствах чаще всего служат транзисторные или ламповые схемы. Транзисторная схема как источник сигнала обладает сопротивлением, зависящим от типа транзистора и схемы его включения. Обычно оно колеблется от нескольких ом до нескольких мегом. Наибольшее сопротивление, которого достаточно, чтобы считать схему источником тока, можно получить при использовании полевых транзисторов или ламп типа пентода.

Переменный ток можно характеризовать следующими параметрами (рис. 1.16): период или частота, амплитуда, размах или пределы изменения мгновенного значения тока, действующее значение тока, форма колебания.

Рис. 1.16. Вид колебания переменного синусоидального тока

(i — мгновенное значение тока, Т — период колебаний, Im — амплитуда тока, 2Im — размах)

В случае синусоидального колебания период Т (в секундах) соответствует расстоянию на оси времени между двумя соседними пиками (двумя положительными или двумя отрицательными). Длина волны λ характеризует то же самое расстояние, но выражается в сантиметрах, дециметрах или метрах. Частота f — это величина, обратная периоду, f = 1/Т. Основная единица измерения частоты — герц [Гц] (один период в секунду). Единица, в тысячу раз большая, называется килогерцем [кГц), в миллион раз большая — мегагерцем [МГц), а в миллиард раз большая — гигагерцем (ГГц). Иногда вместо частоты определяют круговую частоту колебания, обозначаемую буквой ω. Между частотой f и ω имеется связь: ω = 2πf.

Диапазон частот, с которым сталкиваются в электронике, весьма широк и зависит от отрасли, в которой используются колебания. Он простирается от нулевой частоты, соответствующей постоянному току, до частоты в несколько десятков гигагерц и более. Частота питающей сети переменного тока в ПНР и СССР равна 50 Гц.

Речи и музыке, преобразованным в электрические колебания, соответствуют низкие, или звуковые, частоты, лежащие в диапазоне от нескольких герц до 10–20 кГц.

Телевизионному изображению, полученному в результате преобразования отраженного от объекта света в электрический сигнал, соответствуют видеочастоты, лежащие в диапазоне от 0 Гц до 5–6 МГц.