Продолжаю классификацию резисторов по назначению. Ранее я рассказывал о нагрузочных резисторах. Сегодня очередь шунтирующих резисторов.
Слово “шунтирование” произошло от английского shunt, которое имеет несколько значений, но его можно перевести как “параллельный” или “обходной”.
Шунтирующий резистор, или просто шунт - это резистор, который включен параллельно относительно каких-либо других элементов схемы.
В радиовещательной аппаратуре шунты обычно используют для уменьшения добротности резонансных систем. В измерительной технике - для расширения пределов измерения стрелочных приборов (обычно амперметров).
Случай с добротностью рассматривать не будем (это относительно узкое направление), а вот о расширении пределов измерения поговорим подробнее. В своё время мне приходилось это делать довольно часто, когда надо было с помощью миллиамперметра измерять ток в десятки ампер.
Суть в том, что большинство приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем обладают очень высокой чувствительностью. Это означает, что для отклонения стрелки такого прибора на всю шкалу достаточно нескольких миллиампер или даже микроампер. Разумеется, таким прибором вы не сможете измерить ток в несколько ампер: в лучшем случае погнётся стрелка, сильно ударившись в упор, в худшем - сгорит катушка прибора.
Однако эту неприятность можно устранить, если зашунтировать обмотку прибора резистором. Смысл этого основан на законе Кирхгофа для разветвлённой электрической цепи:
Общий ток, протекающий через два параллельно соединённых сопротивления, разветвляется на две составляющие, обратно пропорциональные значениям этих сопротивлений.
То есть если к источнику напряжения 10 В подключить два параллельно соединённых резистора, один 10 кОм, а второй 0,1010101 кОм (об этом странном значении мы ещё поговорим), то через первый резистор потечёт ток 1 мА, а через второй - 99 мА. Общий же ток будет 1+99=100 мА.
Теперь, если вместо резистора 10 кОм включить миллиамперметр с пределом измерений 1 мА, то этому значению будет соответствовать ток в цепи 100 мА. То есть таким образом с помощью миллиамперметра на 1 мА мы сможем измерить ток до 100 мА, расширив диапазон измерений этого прибора.
То есть через миллиамперметр будет протекать ток не более 1 мА, а весь лишний ток будет течь через шунт - через резистор 0,1010101 кОм.
Если сказать упрощенно, то, зашунтировав обмотку прибора резистором, сопротивление которого в 99 меньше сопротивления самой обмотки, мы как бы уменьшили чувствительность прибора в 100 раз и во столько же раз расширили диапазон его измерения.
А теперь о странном сопротивлении 0,1010101 кОм. Как мы помним отсюда, общее сопротивление двух параллельно соединённых резисторов:
R = (R1*R2) / (R1+R2)
то есть в нашем примере
R = (10 * 0,1010101) / (10 + 0,1010101) = 0,1 кОм
А если напряжение 10 В, то по закону Ома:
I = U / R = 10 / 0,1 = 100 мА
А это и есть тот ток, который мы хотели измерять.
Но остался вопрос: как рассчитать сопротивление шунта? Для этого нам потребуется знать ток, который мы хотим измерять, предел измерения имеющегося прибора, и его внутреннее сопротивление.
Самое сложное - узнать внутреннее сопротивление. Поскольку сейчас почти все приборы китайские, то найти где-то их характеристики крайне сложно. Измерить это сопротивление также проблематично. В этом случае, возможно, придётся экспериментировать. Но у нас чистая теория. Поэтому мы это значение придумаем.
Допустим, у нас есть миллиамперметр с пределом измерения 100 мА, а мы хотим с его помощью измерять ток до 10 А (ну к примеру мы хотим его использовать в устройстве зарядки автомобильного аккумулятора):
- Iи = 10 А - наибольший измеряемый ток
- Iп = 0,1 А - наибольший ток прибора
- Rп = 2 Ом - сопротивление прибора
Тогда сопротивление шунта:
Rш = (Rп * Iп) / (Iи - Iп)
То есть сопротивление необходимого нам шунта будет:
Rш = (2 * 0,1) / (10 - 0,1) = 0,2 / 9,9 = 0,020202 Ом
Осталось ещё где-то найти резистор с таким сопротивлением. Но это уже другая история.
Также следует помнить, что на амперметре падает какое-то напряжение. Оно очень небольшое (обычно милливольты), но всё же оно есть. Поэтому мощность рассеивания шунта при измерении больших токов тоже надо рассчитывать и брать с запасом.
На этом всё. Подписывайтесь на канал, чтобы ничего не пропустить…
