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[功率載流 ] 聊聊數據線的壓降,電阻和電流

P: 2019-12-05 16:31:45

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USB數據線,最基本的電器參數就是電阻,壓降,電壓等,被客人問最多的當然就是對應數據線可以承受多少的電流,用多大的導體比較劃算,今天我們就一起聊聊數據線的電阻壓降和電流等基礎知識,現在用不到,存起來,也許某天和客戶溝通的時候就會用得到.

基礎知識普及:

電阻Resistance單位是Ohm

17.5÷截面積(平方毫米)=每千米電阻值(Ω)

導體電阻 — 導體之電阻與其長度成正比與其截面積成反比

導電率—以20℃時長度為1m、截面積為1mm2之標準軟銅線之電阻1/58ohm(0.017241 ohm)為基準,稱為100%導電率,電阻愈大,則導電率愈低,兩者成反比例.電壓與電流是同相的(in-phase).


?R=ρL/S (其中,ρ表示材質的電阻率【導電系數conductivity】,是由其使用材質本身性質決定,L表示材質使用的長度,S表示使用材質的橫截面積),

?定義式:R=U/I
?串聯電路中的總電阻:R=R1+R2+R3+……+Rn
?并聯電路中的總電阻:1/R=1/R1+1/R2+……+1/Rn
?通過電功率求電阻:R=U2/P;R=P/I2


一些常用物質的導電系數參考

阻抗是固定的, 也就是電壓與電流的比值, 就是電阻值R, 與頻率無關.

美制線規對應截面積及絞線節距   

 這里需特別指出:上面的計算公式只適用于確定導體規格標準時截面積的計算,不能用于其它面積計算!

舉例請計算導體7/36AWG = 7/0.127mm(36AWG Solid = 0.127 mm)是屬于什么規格的.

解:n = 7, d = 0.127*39.37mil, 則

S = 0.7854*n*d2 =7*(0.127*39.37)2 = 174.9993cmil

對照表UL758導體規格標準可知,它屬于28AWG的導體

UL 758導體標準里有用mil(密爾)和 cmil(圓密爾)作單位,所以先要懂得它們和國際單位(公制單位)的換算。mil(密爾)是長度單位,cmil(圓密爾)是面積單位。

1inch = 25.4mm= 1000 mil;1mm =39.37mil;

1inch2 = 106 cmil;1mm2 = 39.372 cmil = 1550 cmil


電流:單位時間里通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度,簡稱電流

電流的國際單位:安培,簡稱“安”,符號 “A”

歐姆定律:電流 = 電壓 除以 電阻 I = U/R

如果電壓不變的情況下 : 電流的大小決定于電阻,電阻越大,電流越小,電阻越小電流越大.

再直接一點說就是 :電阻也就是線的粗細【導體的AWG數大小】,電線越粗【導體的AWG數越小】電流越大,電線越細【導體的AWG數越大】,電流越大.

因為:線越粗,電流流的越快,阻力越小, 就像水管一個樣,水管越細,水流越小 水管越粗,水流的越大,以上通俗的道理.

經驗分享:

一般USB線材信號線按照2.0的測試標準設計為28AWG傳輸為主流,如果測試衰減,最長大約可以通過4米.

訊號線部分選擇,如果考慮直流壓降在協會要求的125mV條件,28AWG電源線使用長度建議在1米范圍,26AWG電源線建議使用長度不超過1.7米,24AWG電源線建議使用長度不超過2.7米,22AWG電源線建議使用長度不超過4.3米,20AWG電源線建議使用長度不超過5米.按照USB2.0標準測試規格參考.

協會推薦以上5種規格導體電源截面積(28,26,24,22,20AWG)

電壓降:計算公式/(輸出電流*導體電阻)*線材長度+接觸電阻

電壓降又稱為電壓或電位差,表示為U,單位伏特(V),是描述電場力移動電荷做功本領的物理量.

舉例說明:

?一個電源的電壓經過一段線路或其他部件的傳送電壓有一部分就會被消耗從而降低,這降低的部分就是這段線路的電壓降,測量電源起點處的電壓與終點處的電壓,兩者之差就是電壓降.

?舉個簡單的例子,例如變電站的輸出電壓是220V,而你家的電壓是215V,那么從變電站到你家的這段電路的電壓降就是220V-215V=5V.

電壓降應該這樣解釋:電線本身存在電阻,當電流沿導線流動時,必須施加一個電壓來克服這個電阻,否則電流就不能通過;在同樣一根電線上,通過的電流越大,需要來克服這個電阻的電壓就越高(V=I*R),克服這個電阻的電壓對于供電電源來說,就是造成了“電壓降”(送過去的電壓降低了),用電量越大(I 加大)電壓降也就越大,導線電阻率越大、導線截面積越小、導線越長(R 加大)電壓降也越大.
解決方法:
1、換導電率較高的銅導線(減小R)
2、加大導線截面(減小R)
3、增加支路減小線路的負荷(減小 I)

電壓降常規測試

通過usb接口串接一個電流表,并接一個電壓表和可變電阻負載 

逐漸增大負載,測得電壓下降到4.8V(或要求值)時的電流值

所有的過程影響都會造成電壓降

電壓:電壓(v)是以電荷形式存儲的電源的勢能

電壓可以被認為是推動電子通過導體的力,并且電壓越大,其“推動”電子通過給定電路的能力就越大。由于能量具有做功的能力,勢能可以被描述為:圍繞電路從一個節點到另一個節點的以電流形式移動電子,該移動過程所需要的焦耳數。

然后,電路中任何兩個點、兩端(或稱為節點)之間的電壓差被稱為電勢差(p.d.),通常稱為電壓降

兩點之間的電勢差用電路符號“V”或者小寫“v”表示,以伏特測量,盡管能量E,小寫“e”有時用于表示產生的電動勢(emf,electromotive force)。電壓越大,壓力(或者推力)就越大,做功的能力也就越大。(譯者注:概念有點模糊,沒關系,繼續往下看,不影響理解的。)

擁有恒定電壓源的電壓被成為直流電壓(DC Voltage),而隨時間周期性變化的電壓稱為交流電壓(AC voltage)。電壓以伏特為測量,其中1伏特定義為:使1安培電流通過1歐姆電阻所需要的電壓。電壓通常用伏特表示,其中前綴用于表示電壓量的子倍數,例如:微伏(μV = 10-6),毫伏(mV = 10-3V)或千伏(kV = 103V)。電壓數可正可負。

電池或電源主要用于在電子電路和系統中產生穩定的直流(D.C.)電壓,例如5v,12v,24v等【我們線纜行業應用的電壓等級】,而交流(A.C.)電壓可用于家用和工業電源、照明以及電力傳輸。英國的電源電壓目前為230V交流電,美國是110V交流電。(譯者注:中國大陸普遍是220V交流電)

通用電子電路在1.5V到24V之間的低壓直流電池電源上工作。恒定電壓源的電路符號通常用電池符號,帶有表示極性方向的正極+和負極-來表示。交流電壓源的電路符號是用內部具有正弦波的圓來表示.

?本文總結

如果你對前文各種名詞還是一頭霧水,那么以下部分你能讀懂99.99%,可以忘掉前文的模糊概念,這并不影響你對直流電路理論的理解)

相信現在的你對電壓、電流和電阻之間的密切關系有著一定的了解,電壓、電流和電阻之間的關系形成歐姆定律的基礎,在固定電阻的線性電路中,如果增加電壓,電流就會上升,類似地,如果降低電壓,電流就會下降。這就意味著,電壓高,則電流高;電壓低,則電流低。

同樣地,如果我們固定電壓,增加電阻,電流就會下降;如果減小電阻,電流就會上升。這意味著,電阻大,則電流低,電阻小,則電流高.

因此,我們可以看出電路中電流與電壓成正比(∝),(V↑導致I↑),但與電阻成反比(1/∝),因為(R↑導致I↓).

下面給出這三個單位的基本概述:

  • 電壓或電位差是用來測量電路中兩點之間的勢能,通常被稱為“電壓降”。

  • 當電壓源連接到閉合電路時,電壓將產生圍繞電路流動的電流。

  • 在直流電壓源中,符號+ve(正)和-ve(負)用于表示電源的極性。

  • 電壓以“伏特”測量,用符號“V”表示電壓,“E”表示能量。

  • 電流是由電子流和通過電路的空穴流組合而成。(譯者注:空穴,按我理解,就是一個原子中失去了一個電子后,變成了一個質子,叫做空穴)

  • 電流是電路周圍的連續均勻的電荷流,以“安培”測量,并用符號“I”表示。

  • 電流與電壓成正比(I ∝ V)

  • 交流電流的有效值(rms,均方根值)具有與流過電阻元件的直流電流相同的平均功率損耗。

  • 電阻是在電路中阻礙電流流動。

  • 低電阻值意味著是導體,高電阻值意味著是絕緣體。

  • 電流與電阻成反比( I 1/∝ R )

  • 電阻以“歐姆”測量,單位為希臘符號“Ω”,用字母“R”表示.


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