Czym jest moc? Jak dobrać odpowiednie elementy?

[ethanak]

5 minut temu, kasyx napisał:

O którym wy przypadku tu piszecie?

Oczywiście o trzecim (schemat z artykułu)  :)

 

[Opinel]

Cześć,

Jak właściwie wygląda dobór mocy w przypadku rezystorów ustawionych szeregowo?

Wymyśliłem taki układ z diodami jednokolorowymi dużej mocy:

Dla uproszczenia tylko lewy segment:

Diody czerwone D_1,2,3 mają U= 2.4v i I=350mA.

R₁ ma 15R.

Z moich wyliczeń na podstawie artykułu wynika, że rezystor powinien mieć (licząc z górką) 2W.

Co w sytuacji gdzie podpinam do układu jeszcze potencjometr (P₁ 100R) którym docelowo chcę sterować światłem diody? On też musi być przystosowany na 2W czy może ta moc się sumuje i wystarczy 1/4W?

Edytowano Listopad 11, 2020 przez Opinel

[Lucus]

Cześć,

 

Dotarłem w końcu do zagadnienia mocy więc od razu tutaj o to zapytam 🙂

Zbudowałem sobie poniższy układ i zastanawiam się jaką moc przepływa (?) przez potencjometr jako dzielnik napięcia i tym samym do jakiej mocy musi być dobrany potencjometr:

1. Czy dobrze rozumiem, że niezależnie od ustawienia potencjometru należy potraktować, że przyjmuje on na siebie napięcie 9v?

2. I czy w takim razie poprawnie wykonuję poniższe obliczenia:

P=9*0,006=0,054W

(przyjąłem do obliczeń największe natężenie prądu jakie może przepływać przez potencjometr czyli sumę natężenia prądu przepływające przez poszczególne szeregi z diodami)

Oczywiście powyższe wartości natężenia prądu jak i napięcia przy zasilaniu są przybliżone.

3. Czy zmiana ustawienia i napięcia jakie wychodzi z potencjometru będzie miała wpływ na obliczenia mocy? I czy w takim razie warto w ogóle sobie tym zawracać głowę skoro chyba zawsze będzie nas interesować największe obciążenie?

 

[Gieneq]

@Lucus Poruszyłeś ciekawy temat 🙂 od razu przejdę do pytania 3 - nie warto, bo potencjometr nie służy do tego co robisz. Potencjometr działa jako dzielnik napięcia i służy głównie jako nastawa. Nie powinno puszczać się przez niego większego prądu - kilka mA jest ok, twój układ jest ok, ale na tym się kończy.

Co do twojego układu, to obliczenia są dalece bardzie skomplikowane niż Ci się wydaje 😉 wyrzucam z układu LEDy, bo to mocno upraszcza i tak skomplikowaną sytuację:

Po pierwsze rozbijam potencjometr na 2 powiązanie rezystory RA = P1 - RB, gdzie P1 to opór potencjometru. RB/P1 to ustawienie potencjometru ∈ (0,1).

Pierwsze zadanie jest proste - wyznaczasz prąd płynący w układzie przy baterii. Zwijasz cały układ rezystorów do jednego zastępczego RZ i z prawa Ohma wyznaczasz prąd. Tylko, że potencjometrem kręcisz, więc możesz sprawdzić 2 skrajne przypadki. Na kartce opisałem to jako funkcję prądu I od rezystancji fragmentu potencjometru RB:

• gdy RB jest 0 czyli R1 i R2 są zwarte do masy, I = 1,8 mA,
• a gdy RA jest zwarte to ogólna rezystancja jest dość mała bo rozkłada się na 3 równoległe drogi i prąd jest sporo większy - 12,6 mA.

Jak wyznaczysz moc to wyjdą jakieś miliwaty, ale gdzie jest punkt, gdzie moc jest największa? Najłatwiej poszukać maksimum takiego stworka:

P(R_B) = I(R_B)*U₀(R_B) = U₀²(R_B)/R_B

Wygląda strasznie, trochę overkill ale działa! Idziemy do wolframa, pytamy co on na to:

x należy do przedziału od 0 do 5, więc max jest w 5. Jeszcze raz wracamy do wzorów i wyznaczamy max moc - będzie to wariant gdzie RA = 0, a prąd rozchodzi się na 3 gałęzie w tym RB. Trzeba tylko wyznaczyć prąd płynący przez RB, napiecie RB już mamy i gotowe 🙂 

Zlepiam więc R1 i R2, stosuję wzór na dzielnik prądowy 2 rezystorów, wyznaczam prąd w gałęzie potencjometru RB, wzór na moc i gotowe:

Wyszło 17 mW 🙂 

Overkill co nie? Od początku można było oszacować co z tego wyjdzie - jakieś kiloomy, jakieś wolty, pewnie prąd w miliamperach to moc kilka mW, ale jak widzisz z potencjometrem obliczenia się mocno utrudniają przez tą funkcyjną zależność od obrotu. No i na wykresie widzimy, że interesują nas tylko wartości skrajne - w środku nie ma jakiś górek i dołków. A i zakładam że potencjometr jest jeszcze liniowy, logarytmiczny to by namącił 🙂 

PS. to jest tylko wyliczenie dla RB potencjometru. Jeżeli chcesz mieć wzór na moc całego to musisz uwzględnić też RA, wtedy do wzoru na moc dodajesz drugą część gdzie zamiast x podstawiasz dopełnienie: 5 - x 😉 

Edytowano Maj 4, 2021 przez Gieneq

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Lucus]

@Gieneq

Nie będę udawał, że wszystko rozumiem, ale uprościłem to sobie tak:

Rezystory połączone równolegle dają prąd 10,8mA.

Potencjometr zakładając "odkręcając" go na 9v daje nam 1,8 mA

W sumie uzyskujemy prąd przed potencjometrem 12,8 mA, a za nim 10,8 mA

W rzeczywistości wskazania na multimetrze się trochę różnią (lecz bardzo niewiele) i w rzeczywistości pod podłączeniem rezystorów i całej reszty potencjometr odkręcony na max daje ok. 8,8v-8,9v.

Dlaczego więc przy obliczaniu mocy P=U*I podstawiamy tylko 1,8 mA, a nie cały prąd 12,8 mA?

 

[Gieneq]

@Lucus zobacz są tu 2 przypadki:

11 minut temu, Lucus napisał:

Potencjometr zakładając "odkręcając" go na 9v daje nam 1,8 mA

A to masz 1,8 mA gdy odkręcisz go na masę 0V - wtedy z jednej strony masz tak mały opór jakby było tam zwarcie.

13 minut temu, Lucus napisał:

W sumie uzyskujemy prąd przed potencjometrem 12,8 mA, a za nim 10,8 mA

W drugim przypadku gdzie z jednej strony masz prawie zwarcie do 9V to tak wyjdzie, bardzo mały prąd ucieka przez część potencjometru z 5k, a większa część przez przyłączone rezystor RZ = 1k || 5k

14 minut temu, Lucus napisał:

Dlaczego więc przy obliczaniu mocy P=U*I podstawiamy tylko 1,8 mA, a nie cały prąd 12,8 mA?

Bierzemy pod uwagę oba przypadki - patrz na mój poprzedni wpis i pierwsze zdjęcie kartki, są tam 2 prądy jeden gdy część potencjometru jest skręcona na minimum, a drugi gdy skręcony jest na maximum.

16 minut temu, Lucus napisał:

całej reszty potencjometr odkręcony na max daje ok. 8,8v-8,9v.

Jeżeli różni się to od baterii w działającym układzie to może to być przez połączenia. Na stykach może być spadek nawet kilkuset mV.

Jeżeli będziesz miał pytania, albo coś tu jest niejasne to śmiało pytaj, postaram się pomóc. Mi dojście do niektórych przemyśleń zajęło kilka lat 😄 

[Lucus]

20 minut temu, Gieneq napisał:

Bierzemy pod uwagę oba przypadki - patrz na mój poprzedni wpis i pierwsze zdjęcie kartki, są tam 2 prądy jeden gdy część potencjometru jest skręcona na minimum, a drugi gdy skręcony jest na maximum.

@Gieneq

Na kartce widzę, że rozpisywałeś prąd, ale nie widzę dla tego wyższego obliczenia mocy.

A ten mniejszy prąd 1,8 podstawiłeś pod obliczenia Pmax.

 

24 minuty temu, Gieneq napisał:

43 minuty temu, Lucus napisał:

Dlaczego więc przy obliczaniu mocy P=U*I podstawiamy tylko 1,8 mA, a nie cały prąd 12,8 mA?

Bierzemy pod uwagę oba przypadki - patrz na mój poprzedni wpis i pierwsze zdjęcie kartki, są tam 2 prądy jeden gdy część potencjometru jest skręcona na minimum, a drugi gdy skręcony jest na maximum.

Czyli w takim razie wzór P=U*I=9*12,8=115,2mW jest poprawny i potencjometr będzie musiał wytrzymać właśnie taką moc?

 

Od razu dziękuję Ci za Twoją pomoc i poświęcony czas 🍪

[Gieneq]

7 minut temu, Lucus napisał:

Czyli w takim razie wzór P=U*I=9*12,8=115,2mW jest poprawny i potencjometr będzie musiał wytrzymać właśnie taką moc?

No właśnie prawie, ale już tłumaczę.

Mamy tu 2 kroki, pierwszy to wyznaczenie prądu w obwodzie - dlatego tam zawinąłem oba rezystory z potencjometrem i wyznaczyłem prąd: I = 9V / (5k || RZ), gdzie RZ = (1k||5k). Z tego wyszło te 12,8 mA i to wpływa na potencjometr.

Tu obejrzyj fotkę potencjometru z kursu: 

Jeżeli masz go skręconego to droga prądu jest taka że część idzie od razu na środkową nóżkę, a część na 5k oporu w potencjometrze. I teraz potencjometr ma wytrzymać tylko tyle prądu ile tam do niego wpływa. Jak to wyznaczyć? Z dzielnika prądowego.

Wiem że w kursie tego nie ma, możesz sobie to wyznaczyć na piechotę. Ja już swoją pracę odrobiłem to użyję wzoru 🙂 

Ipot = I * RZ/(RB + RZ), RB to te 5k z potencjometru, RZ to połączone rezystory 1k || 5k.

i z tego wychodzi że przez potencjometr płynie 1,828 mA i to jest na drugiej kartce na dole 🙂 

Rozrysuj sobie jak płyną prądy, weź prawo kirchhoffa, wyprowadź wzór na dzielnik prądowy i będzie ok. Ogólnie potencjometr w takim układzie liczy sie bardzo ciężko, bo to nie jest typowy układ pracy potencjometru 😉 lepiej sprawdzi się tu regulowany rezystor (tak to coś innego), zwierasz środkową nóżkę potencjometru z jedną skrajną i regulowany rezystor gotowy. Wtedy żaden prąd nie ucieka bokiem.

[Lucus]

@Gieneq

Im więcej staram się zrozumieć tym głupszy się czuję.

A to nie jest tak, że potencjometr przy skrajnych przełożeniach tworzy jeden z poniższych układów?

[Gieneq]

11 minut temu, Lucus napisał:

A to nie jest tak, że potencjometr przy skrajnych przełożeniach tworzy jeden z poniższych układów?

@Lucus No właśnie nie 😕 

Bo w twoim układzie nagle znika jedna z 3 nóżek. Wyobraź sobie że potencjometr to 2 rezystory o powiązanym oporze - jeden zyskuje, a drugi traci i odwrotnie.

Jak jeden zyska na maxa (5 k) to drugi traci aż do 0R = zwarcie. I na tym rysunku te 0R zwarcie zaznaczyłem taką grubszą kreską:

Dnia 4.05.2021 o 19:07, Gieneq napisał:

 

[grg0]

@Gieneq jeśli skupiamy się na potencjometrze,to dla R_A=0 Ω i dla R_A=5 kΩ moc na potencjometrze liczymy tak samo (9 V)²/5 kΩ, a prąd 9 V/5 kΩ,co daje nam dla obu przypadków taki sam wynik moc=16,2 mW i prąd=1,8mA. Dalej chyba nie wiemy jaka moc się wydzieli na potencjometrze przy pośrednim ustawieniu i gdzie będzie maksimum tej mocy, zakładam, że o to chodziło w pierwotnym pytaniu.

[Lucus]

@grg0 no właśnie w sumie nie do końca rozumiem wyliczenia @Gieneq

Właściwie po powrocie do kursu jest przykład zastosowania potencjometru jako dzielnika napięcia bez dołożenia żadnego rezystora. Czy w sumie nie oznacza to że niezależnie co podłącze po nim i ile to prądu potrzebuje to i tak moc na potencjometrze będzie w wysokości tych 16,2mW.

I w tym wypadku wartość 1/8W bardziej mnie informuje że mogę podłączyć jako dzielnik napięcia max 25v?

Za to dopiero przy połączeniu go w stylu regulowanego rezystora jest sens wyliczać moc na nim bo wtedy przepływ prądu ogranicza się tylko do części ścieżki i tym samym zależnie od jej długości inna moc musi wytrzymać?

Np. mając sam potencjometr 5k i diodę 3v zasilana baterią 9v.

Przy ustawieniu oporu na 100R potencjometr musiałby wytrzymać napięcie 6v i prąd 60mA czyli wytrzymać moc 360mW co przekroczy jego parametr (1/8W)?

 

Edit://

Zbudowałem oba układy i co prawda przy połączeniu jako dzielnik napięcia jest całkiem zimny tak przy połączeniu jako regulowany rezystor się grzeje, ale mimo to nie uszkodził się.

Edytowano Maj 8, 2021 przez Lucus

[grg0]

Wydaje mi się,że wyliczenia @Gieneq są poprawne. Zajmując się tylko potencjometrem i jego skrajnymi położeniami nie trzeba wykonywać tylu obliczeń. Chociaż mają dużą wartość edukacyjną i pokazują one rozpływ prądów w całym układzie.

Cytat

Właściwie po powrocie do kursu jest przykład zastosowania potencjometru jako dzielnika napięcia bez dołożenia żadnego rezystora. Czy w sumie nie oznacza to że niezależnie co podłącze po nim i ile to prądu potrzebuje to i tak moc na potencjometrze będzie w wysokości tych 16,2mW.

Jeśli z dzielnika będzie pobierany mały prąd, np. 100 razy mniejszy niż płynący przez dzielnik, to tak w zaokrągleniu będzie.

Dnia 8.05.2021 o 11:59, Lucus napisał:

Za to dopiero przy połączeniu go w stylu regulowanego rezystora jest sens wyliczać moc na nim bo wtedy przepływ prądu ogranicza się tylko do części ścieżki i tym samym zależnie od jej długości inna moc musi wytrzymać?

Np. mając sam potencjometr 5k i diodę 3v zasilana baterią 9v.

Przy ustawieniu oporu na 100R potencjometr musiałby wytrzymać napięcie 6v i prąd 60mA czyli wytrzymać moc 360mW co przekroczy jego parametr (1/8W)?

Tak, przy czym przez taką zwykłą diodę małej mocy nie przepuszczałbym więcej jak 20mA prądu.

[Lucus]

@grg0 właściwie diodę 1W z maksymalnym poborem 350mA chciałem zamontować.

Finalnie stworzyłem układ z jednym rezystorem i potencjometrem wpiętym szeregowo gdzie moc na żadnym z nich nie przekroczy raczej 60mW tak żeby mieściły się w 1/8W.

Uznaje że na tej moment zbyt mało umiem i wiem żeby odpowiednio zrozumieć przeliczanie mocy w układzie gdzie jest potencjometr i wracam do nauki.

Może jak przerobie 1 część kursu elektroniki to zrobię powtórkę całości i spróbuję zbudować nowy układ wykorzystujący już pełnię możliwości diody 1W.

//Trochę nie związane z tematem, ale luźna ciekawostka

Dowiedziałem się że za rezystor bardzo małej wartości dość dobrze sprawdza się grafit z ołówka (trzeba tylko twardość dobrać). Jednak nie ma co mierzyć jego oporu w normalny sposób bo zmienia się on trochę pod obciążeniem w układzie.

(A przynajmniej taki rezystor z ołówka 3B świetnie sprawdził się w jednej z wersji mojego układu dając opór między 4-10R.)

 

[qnick]

Super artykuł!
Mam dwie rzeczy do ewentualnej dyskusji:
1. "Przy szacowaniu mocy, celowo nie uwzględniałem rozrzutu rezystancji - wynosi ONA kilka procent." - chyba powinno być ON, bo to chodzi o rozrzut a nie moc, jeśli dobrze zrozumiałem.
2. Myślę, że zamiast "energia mechaniczna" można śmiało napisać "kinetyczna", choć jak ktoś ogarnia podstawy fizyki to poradzi sobie ze zrozumieniem w obie strony.