Minimalna znormalizowana moc znamionowa rezystora R1 w dwustopniowym wzmacniaczu zasilanym napięciem 12 V wynosi
A. 0,1 W
B. 0,2 W
C. 0,25 W
D. 2 W
Rezystor R1 ma wartość 20 Ω i jest włączony między szynę zasilania 12 V a punkt, w którym napięcie wynosi 10 V. To znaczy, że na rezystorze odkłada się różnica napięć 2 V. Prąd płynący przez R1 można policzyć z prawa Ohma: $I=(12-10)/20=0{,}1 A$. Moc wydzielana w rezystorze wynosi więc $P=U \cdot I=2 \cdot 0{,}1=0{,}2 W$, albo tak samo: $P=U^2/R=2^2/20=0{,}2 W$. Rezystora nie dobiera się jednak na moc dokładnie równą obliczonej, jeśli nie ma takiej znormalizowanej wartości albo jeśli byłaby na granicy. Z podanych odpowiedzi najbliższa większa znormalizowana moc znamionowa to 0,25 W, czyli popularne ćwierć wata. Moim zdaniem to typowy przykład, gdzie trzeba rozróżnić moc wydzielaną od mocy znamionowej elementu. W praktyce serwisowej i projektowej warto dawać jeszcze zapas, bo temperatura w obudowie, tolerancja elementów i ciągła praca układu robią swoje. Dobre praktyki branżowe, zgodne z podejściem stosowanym w dokumentacjach elementów i normach niezawodnościowych, mówią żeby nie obciążać rezystora stale na 100% katalogowej mocy.
W tym zadaniu łatwo pomylić napięcie zasilania całego wzmacniacza z napięciem, które faktycznie odkłada się na rezystorze R1. Rezystor nie ma na sobie pełnych 12 V, bo po jego lewej stronie zaznaczono 10 V, a po prawej jest 12 V z zasilacza. Dla obliczenia mocy liczy się różnica potencjałów na samym elemencie, czyli 2 V. Jeżeli ktoś przyjmie zbyt małą moc, na przykład 0,1 W, to taki rezystor byłby przeciążony, bo w układzie wydziela się około 0,2 W. W praktyce skończy się to mocnym grzaniem, zmianą rezystancji, a czasem nawet uszkodzeniem płytki lub samego elementu. Z mojego doświadczenia takie błędy często wychodzą dopiero po kilku minutach pracy urządzenia, gdy obudowa robi się ciepła i zaczynają pływać parametry wzmacniacza.
Z kolei wybór 0,2 W wygląda kusząco, bo tyle wychodzi z obliczeń, ale pytanie dotyczy minimalnej znormalizowanej mocy znamionowej. Typowe moce rezystorów dobiera się z wartości katalogowych, a element nie powinien pracować dokładnie na granicy swojej mocy dopuszczalnej. Dlatego trzeba wybrać najbliższą większą wartość z dostępnych odpowiedzi, czyli 0,25 W. Moc 2 W oczywiście też wytrzymałaby taki układ, ale nie jest minimalna. Byłaby większa, droższa, zajęłaby więcej miejsca na płytce i zwykle nie ma sensu w takim miejscu, chyba że projektant celowo robi duży zapas termiczny. Poprawne rozumowanie opiera się więc na prawie Ohma, wzorze $P=U^2/R$ oraz na praktycznej zasadzie doboru elementu o mocy znamionowej nie mniejszej niż moc wydzielana.
Z kolei wybór 0,2 W wygląda kusząco, bo tyle wychodzi z obliczeń, ale pytanie dotyczy minimalnej znormalizowanej mocy znamionowej. Typowe moce rezystorów dobiera się z wartości katalogowych, a element nie powinien pracować dokładnie na granicy swojej mocy dopuszczalnej. Dlatego trzeba wybrać najbliższą większą wartość z dostępnych odpowiedzi, czyli 0,25 W. Moc 2 W oczywiście też wytrzymałaby taki układ, ale nie jest minimalna. Byłaby większa, droższa, zajęłaby więcej miejsca na płytce i zwykle nie ma sensu w takim miejscu, chyba że projektant celowo robi duży zapas termiczny. Poprawne rozumowanie opiera się więc na prawie Ohma, wzorze $P=U^2/R$ oraz na praktycznej zasadzie doboru elementu o mocy znamionowej nie mniejszej niż moc wydzielana.