Эквивалентное сопротивление резисторов

Расчет реальной электрической цепи в идеальном виде невозможен по причине отсутствия математических методик учета индивидуальных параметров каждого составляющего элемента. Это естественно, так как любая деталь имеет свои паразитные характеристики, которые нереально учесть при расчетах. Для устранения этой проблемы было введено понятие эквивалентной замены. При этом в расчет принимается только одна определяющая характеристика элемента. Так, например, эквивалентное сопротивление резисторов в электрической схеме, отображает только величину сопротивления без влияния на него сторонних факторов.

В электротехнике существует два основных варианта включения деталей в электрической цепи – это последовательное и параллельное соединение. Объединяющей для них является смешанная схема, которая по сути может быть разбита на участки с вышеприведенными характеристиками.

Рассмотрим эквивалентное соединение резисторов в каждом отдельном случае.

Эквивалентное сопротивление при последовательно соединенных резисторов

При данном типе размещения резисторов в цепи условная схема будет соответствовать рис. 1.

Для того чтобы определить эквивалентное сопротивление резисторов необходимо вспомнить закон Ома. Для последовательного соединения он гласит что общее, а в нашем случае эквивалентное сопротивление, соответствует следующему уравнению:

R_экв= R₁+R₂+R₃+R_N-1+R_N

Рассмотрим пример последовательного соединения трех резисторов, сопротивление которых равно 10, 20 и 30 Ом, соответственно. Согласно выше приведенной формуле общее сопротивление всех этих резисторов на данном участке цепи будет равно 60 Ом. Таким образом, при расчетах параметров электрической схемы нет надобности использовать индивидуальные характеристики отдельных элементов. Их можно просто заменить одним значением эквивалентным их сумме.

Кроме теории, данное суммирование значений сопротивлений элементов, имеет и практическое применение – в случае необходимости всегда можно заменить несколько резисторов одним. Также имеет место и обратное утверждение – при отсутствии деталей с требуемой характеристикой ее можно заменить на несколько других, эквивалентное сопротивление которых будет соответствовать требуемому значению.  Все это справедливо и для параллельного соединения резисторов, только с некоторыми особенности.

Эквивалентное сопротивление при параллельном соединении резисторов

Общая схема при данном включении резисторов в цепь соответствует рис. 2.

Определить эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов позволяет закон Ома согласно которому, в данном варианте, справедливо равенство:

1/R _экв =1/R₁+1/R₂+1/R₃+1/R _N-1+1/R_N

Возвращаясь к нашему примеру с резисторами 10, 20 и 30 Ом. Можно определить эквивалентное сопротивление для данного случая, преобразуя уравнение и получаем следующую формулу:

R _экв = R₁ х R₂ х R₃ / (R₁ x R₂) + (R₁ x R₃) + (R₂ x R₃) = 5,45 Ом

Важный момент: При параллельном включении резисторов в цепь эквивалентное сопротивление будет всегда меньше наименьшего значения отдельного элемента. При последовательном соединении R _экв обязательно больше самого большого параметра.

Эквивалентное сопротивление при смешанном соединении резисторов

Определение эквивалентного сопротивления при смешанном соединении резисторов не представляет особых сложностей. Для этого достаточно разбить существующую цепочку на логические составляющие – блоки. Т.е. максимально упростить схему, приведя ее в соответствие с характеристиками свойственных тому или иному типу соединения. На рис. 3 приведена типичная схема упрощения, которая получила название метод свертывания цепи.

Данная схема позволяет наглядно понять, как можно определить эквивалентное сопротивление резисторов при смешанном соединении. Обращаем внимание, что начинать процесс упрощения можно в произвольном порядке. Так, например, объединение резисторов R₁ и R₂ не обязательно должно быть первым шагом. Можно совершенно смело на первом этапе найти R _экв сумме сопротивлений последовательно включенных в цепь резисторов R₄ и R₅.  Определение эквивалентного сопротивления для резисторов необходимо осуществлять в зависимости от типа соединения.

В заключение вернемся к самому понятию эквивалентной замены резисторов. В рассмотренных нами случаях речь шла об идеальном варианте. То есть в расчет принимается только величина сопротивления при нулевых значениях остальных характеристик. Также обращаем внимание, что при составлении эквивалентной схемы любых элементов электрической цепи, не только резисторов, можно вводить дополнительные переменные, которые будут влиять на конечные итоги.