Фундаментальные вопросы о резисторах и токе

[krestic]

Друзья! Помогите пожалуйста въехать в некоторые базовые вещи. Много месяцев пытался догнать что к чему, но никак пазл не складывается. Хелп!
Итак ток. Ток потребляется, так? т.е пока в цепи потребляющего устройства нет, и тока нет, но есть напряжение. А если подключить устройство- оно потребит тока столько, сколько ему нужно, так? т.е по идее не важно, сколько устройство потребляет тока(не превышая максимально возможного на линии)- главное чтоб напряжение было нужным? Например, я к компьютерному молексу могу потключать и вентиляторы разные и харддиски- напряжение там все время будет 12 вольт. Вопрос- так нафига же собственно мы_его(ток) вычисляем все время, когда нам без разницы этот параметр?
Почему когда я меряю напряжение и ток на концах провода- оно 12вольт, 0 Ампер. И после того как я подключил устройсво там 12 вольт, 1 ампер?
И возможно ли расчитать резистор, чтобы ограничить напряжение только, вне зависимости от того сколько ампер будет потребляться? Например для подключения тех же различных по мощности вентиляторов?

И второй вопрос из серии- о подтягивающих резисторах. Они нужны если мы хотим соеденить, например, ногу устройства с питанием(или землей). Вопрос- а зачем там резисторы? Почему нельзя просто соеденить эту ногу с линией питания/землей?
Заранее благодарю.

[UN7TGT]

люблю поучать.

Ток:

*) не потребляется, а проходит сам. Обатно пропорционально сопротивлению. Чем меньше ему сопротивляются, тем больше его проходит. Если не сопротивляясь лизнуть ризетку - его пройдет мноого. Мысль: устройства (потребители тока) пассивно пропускают его через себя.

*) устройства не знают сколько им нужно тока. Т.к. мозга у них нет. Тут вступает в ход _напряжение_ и мифический закон Ома. Т.е. схемотехники знают что, например, резистор включеный в цепь (ну или HDD там) имеет сопротивление 2Ом. А эт значит, что при напряжении 12В по нему побежит ток в 6А. Значит мощща выделенная на этом сопротивлении будет 6*12 = 72 Ватта. Сгорит в пень такой резистор. И значит ставят резистор побольше. Проще говоря подгоняют сопротивление под _рабочее_ напряжение. Отсюда мысль: если на узел подать напряжение в 2 раза больше - тепла выделится в 4 раза больше. А если в 10 напряжение - то в 100 тепло. Так и горят наши схемы.

*) Ток вычислять надо. Так принято. Потому что если не считая его только потреблять: получится тепловой удар, и жор электричества. Поэтому схемотехники переходят на все более маленькие напряжения (5 - 3.3 - 1.8 - 1.2). А чем меньше напряжения тем меньше ток и квадратурно меньше тепла. Еще полезно знать ток потому что схемотехника от этого сильно разная. Вот например нужен вам делить напряжения для операционного усилителя - так подойдет и резисторный делитель. А вот моторчик запитать делителем уже маразм.

*) Вне зависимости от того сколько будет потреблять рассчитать токоограничивающий резистор нельзя. Потому что если устройство вдруг стало потреблять в 2 раза больше тока, то значит оно уменьшило в 2 раза сопротивление. И автоматически на токоограничивающем резисторе увеличилось падение напряжение. Отчего на устройстве напряжение _уменьшится_. Этот процесс и называется падением напряжения на нагрузке.

*) подтягивающий резистор это мудрая вещь. Подтяную например ногу на + через резистор можно коротнуть на землю. Страшного ничего не случится (т.к. ток мизерный), _зато_ это защитит от помех. На ноге будет гарантировано либо земля либо плюс. А вот если вход высокоомный (затвор полевика например) и Вы его оставили висеть в воздухе (не подтянули). То он тут же нажирается помех и наедаетца электронами и получается +. Хотя никто его на + не коротил. В общем для стабильности чаще подтягивают.

Поймите главное: главное у нас ток а не напряжение. Напряжением управлять много сложнее чем током. Тот же биполярный транзистор есть усилитель _тока_. Поэтому и берут обычно общую шину питания, а узлы берут кому сколько надо тока для работы.

Хорошая аналогия это вода в трубах. Вот лежит две трубы - в одну входит вода в другую выходит (шины + и -). Между ними много маленьких и больших трубочек (транзисторы, и т д.). С кранчиками, бочонками, турбинками и прочим. Вот.

Теперь пускаем во всю эту хреновину воду и смотрим. Там бежит 10% там 1% там вон шланг пропаяный на ведро - это конденсатор. Набирается целый час - значит шланг нужен потолще.

Вот в такой аналогии количество воды - это амперы - литры. А напор - вольтаж. Ведра кондеры, клапаны транзисторы. Жиклеры резисторы.

Спрашивайте дальше.

[krestic]

Ток:

*) не потребляется, а проходит сам.

Но ведь проходит ровно столько, на сколько расчитано устройство? вот компьютерные 12В. Там 10Ампер макс. Но если мы подключим пропеллер без резисторов всяких- через него же не пойдет 12В, а пройдет его 1А.
Получается что у устройства сопротивление- постоянно, а напряжение вместе с током меняются, так? если на пропеллер подать не 12 а 6В, то он будет потреблять 0,5А и крутицца вдвое медленне, да? Т.е. если напряжение желаемое, то ток сам собой получится тот который нужен, так ведь?

Блин, ток этот, поперек горла:) Часы на микроконтролере недавно спаял, а фигни какой-то из курса 8го класса не могу понять... Ну я как-то все время просто напряжение подгонял и все...

По просьбе мудрого админа, объединяю все вопросы в один пост:

-А еще получается, что если я в цепь вставлю резистор, а после него буду ставить разные устройства с разным потребляемым током, то значит напряжение после резистора будет менятся с каждым устройством, да? А до резистора оно будет "дефолтным" все время.

-И еще чуть чуть:
и вот +12В и земля. Тестер показывает 12В. Я их соединию проводом. тестер показывает 0в. потому что напряжения уравнялись, разности нет. А как они уравнялись относительно глобальной земли? Там везде по 12? или по6? или 0 вообще?

-и оттудаже- поставил между + и землей резистор. любой. До резистора +12, а после 0. Куда вода делась?
Не могу себе просто представить мысленно эту картину..
Спасибо.

-а почему когда я пытаюсь измерить сопротивление вентилятора или светодиода- ничего не показывает? Ну всмысле бесконечность. т.е. точно не знаючи тока или напряжения(ни того ни того) их никак не найти? или если подключить резистор, то можно высчитать в зависимости от того, какое напряжение будет после резистора(ведь оно зависит от тока-сопротивления устройства)?

Огромное спасибо всем ответившим!

[Света]

Про токи, напряжения уже много раз объяснялось...
Почитайте, например, отсюда:
http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic. ... 31#p425431
Или эту темку:
http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic. ... 3%D0%B1%2A

[krestic]

Света, спасибо за ссылки почитал. Кое что есть, но не совсем. Просто товарищу там непонятны несколько иные моменты чем мне. У меня сам закон ома вопросов не вызывает. И в 8й класс я ходил...пятибитное число лет назад. И вроде понимаю и более сложные вещи, и микроконтроллеры програмирую- но остался пробел. маааленький такой пробельчик. Из одной фразы наверное, который бы помог все остальные вопросы сложить и прояснить... вот не могу понять только где именно этот ключик. В токе где-то эт точно.
Как пример- я раньше пытался выучить высокоуровневый язык программирования. И вроде все бы хорошо- но не понимал я как все это функционирует на элементарном уровне. Как все это представить в виде щелчков транзисторов? И не пошел язык. Получалось- но как то без огонька. Пока я не открыл для себя микроконтроллеры и ассемблер. И когда я увидел все эти нолики и единички, триггеры и флаги- разверзлись тучи и луч света озарил мой лик. И глас Б.Гейтса сказал "вона как!" И устройство всего мира из каких то разнозненных деталей вдруг сложилось в единую картину ноликов и единичек. Это как обнаружение Энигмы (шифровальная машина немцев во второй мировой)- все ничего не значащие наборы букв и цифр превратились в слова- слова в стихи- стихи в поэмы- поэмы в оды- оды в гимны- гимны в псалмы...ох...все.
Вообщем так и тут. Ключик нужен.

[Eprinter]

Вообще-то для личных вопросов есть личные сообщения

Закон Ома очень прост, если схема состоит из одних только резисторов. Тот же вентиллятор для компа давно уже содержит целую схему на транзисторах или даже микросхему, в целях увеличения надёжности и уменьшения шума/помех. Тестер в режиме омметра представляет из себя источник напряжения и датчик тока - напряжение неизменно, ток меняется, сопротивление вычисляем по закону Ома. Напряжение у тестера невысокое, порядка 2В, этого мало для запуска схемы вентилятора, поэтому ток и не потечёт, а прибор покажет бесконечность.

Если хочется узнать сопротивление вентилятора или HDD, можно использовать тот же компьютерный БП. Подключаем в разрыв одного провода питания ваш тестер в режиме амперметра, считываем значение потребляемого тока => R=U/I - закон Ома. Если неизвестен примерный ток потребления прибора, измерения следует начинать с максимального предела тестера. Для мощных потребителей применяют шунты - в разрыв цепи питания включается очень небольшое сопротивление, выдерживающее большие токи, и с него вольтметром снимают показания => I=Uш/Rш, R=U/I - тот же закон Ома.

[Microtech]

Если схема состоит из одних резисторов, она полностью считается по закону Ома - то есть, увеличив напряжение питания, ток тоже увеличится, а при увеличении сопротивления ток будет снижаться. Но если схема содержит полупроводники, в том числе и микросхемы, закон Ома может и не работать. Запросто можно создать схему, в которой при увеличении напряжения питания потребляемый ток будет снижаться или меняться по очень сложному закону, не поддающемуся простой математике. Сложное электронное устройство в целом, не годится для расчета по закону Ома, так как его сопротивление может меняться при работе в разы и даже миллионы раз.
Скажем, на корпусе жесткого диска от ноутбука написано 5 вольт и 1 ампер. Очень нужно и хочется подключить его к аккумулятору. Берем закон Ома, аккумулятор на 12В и резистор. Считаем: 12-5=7, надо получить 5 вольт на жестком диске, а остальные 7 отдать резистору. Ток 1А, значит сопротивление резистора будет 7 делить на 1 равно 7 Ом. Ищем резистор на 7 Ом, не забыв про мощность. Ведь вся схема будет потреблять 1А от источника 12В, значит 12В*1А=12W, то есть 12 ватт химической энергии, ранее запасенной в аккумуляторе она будет переводить в тепловую. Из этих 12 ватт, 5 ватт будет выделяться на HDD, а остальные 7 на резисторе. Резистор берем на 10 ватт, для надежности. Врубаем - Заработало ! Мы обвели мир вокруг пальца! Вместо сложного БП с ШИМ контроллером, всего 1 резистор (большой и горячий). Переписав все сишные исходники и котофотки, жесткий диск решает выключить мотор и поспать, чтобы аккумулятор сэкономить, но больше он не просыпается никогда. Сгорел. Как только выключился основной потребитель - мотор, сопротивление всего HDD выросло, и теперь при резисторе 7 Ом, на нем не 5 вольт, а скажем 9! Вот он и сгорел.
Выводы:
Только нагрузка с не меняющимся или известно как меняющимся сопротивлением подлежит запитке через сопротивление.
Есть нагрузки, для которых указано напряжение питания, и задача блока питания это соблюдать и блоку питания должно быть безразлично какой там ток (в разумных пределах).
Есть нагрузки, для которых указан ток - это значит, блок питания, должен пропускать указанный ток через эту нагрузку, а какое на ней напряжение при этом, ему должно быть наплевать. Пример такой нагрузки светодиоды или зарядка аккумулятора.
Есть нагрузки, для которых указана мощность - тут делайте что хотите, но так, чтобы ток помноженный на напряжение эту мощность не превысил. Пример - резистор.

[Света]

... закон Ома может и не работать...

Закон Ома всё равно работает, только для конкретного режима. Для тока любая нагрузка является просто сопротивлением и считается по этому закону. Даже в примере с дисководами Вы считаете токи в цепи по закону Ома. Ну а режимы, в которых стоят, скажем, полупроводниковые приборы в данный момент, это уже другой вопрос...

[Microtech]

Да, каждую элементарную веточку и контур цепей HDD можно и нужно считать по закону Ома, потому что она состоит из элементов с предсказуемыми характеристиками (p-n переходы и резисторы в основном), но весь жесткий диск в целом нелинейная нагрузка и не подлежит таким расчетам. Даже простая лампочка, которую любят рисовать как универсальную нагрузку, сильно нелинейна и ее сопротивление в выключенном виде и во включенном разные..
Ток, потребляемый HDD пляшет в зависимости от выполняемых задач, но на малом участке времени "винт" для электросхемы просто сопротивление.

[krestic]

Получается, что в Компьютерноом БП напряжение задается постоянное(бывают просадки, но БП с ними борется)- а в устройствах сопротивление подгоняется, и динамически изменяется если нужно, чтоб получить нужный ток сквозь устройство?

[Microtech]

В сложных устройствах, при их расчетах разработчики узнают какой максимальный и минимальный ток будет потреблять конкретная ветвь схемы, затем кусок, блок, функциональный узел схемы. затем токи складываются на калькуляторе и получаются минимум 2 тока максимальный и минимальный. Иногда, специально считается средний ток, чтобы упростить задачу разработчикам блока питания. Разработчик БП берет этот ток за основу и делает БП, способный выдержать напряжение неизменным при этом токе, и кратковременно справиться с большим током, без просадок и поломок самого БП.

[ublhjnt]

Получается, что в Компьютерноом БП напряжение задается постоянное(бывают просадки, но БП с ними борется)- а в устройствах сопротивление подгоняется, и динамически изменяется если нужно, чтоб получить нужный ток сквозь устройство?

Чтобы получить постоянное (стабильное) напряжение – применяют стабилизаторы напряжения соответствующей конструкции которые, если в этом есть необходимость, отслеживают напряжение до сотых и более Вольта.
Чтобы получить постоянный (стабильный) ток – применяют стабилизаторы тока.
Все зависит от параметров потребителя.