Rezystor bocznikowy zamienia mierzony prąd na niewielki spadek napięcia. Jeżeli znamy dokładną rezystancję shunta, wystarczy zmierzyć napięcie na jego zaciskach i zastosować prawo Ohma.
W praktycznym torze pomiarowym trzeba pogodzić dwie rzeczy: spadek napięcia powinien być wystarczająco duży do dokładnego pomiaru, ale jednocześnie na tyle mały, aby nie powodować niepotrzebnych strat mocy i spadku napięcia w zasilanym obwodzie.
Powiązane obliczenia dla bocznika prądowego
Napięcie na shuncie jest zwykle małe, dlatego sam dobór rezystancji to dopiero początek toru pomiarowego. Kolejne narzędzia pomagają sprawdzić wzmocnienie, ADC i podstawowe zależności elektryczne.
Spadek napięcia na boczniku
Dla idealnego rezystora pomiarowego obowiązuje zwykłe prawo Ohma. Spadek napięcia jest proporcjonalny do prądu i rezystancji bocznika.
Przykładowo bocznik 10 mΩ przy prądzie 10 A daje 0,1 V, czyli 100 mV. Taki poziom jest łatwiejszy do pomiaru niż kilka pojedynczych miliwoltów, ale jednocześnie powoduje stratę mocy.
Jeżeli rezystancja wzrośnie dwukrotnie, przy tym samym prądzie dwukrotnie wzrośnie także napięcie pomiarowe.
Wskazówka od KalkulatorXXL
Dobierając bocznik do ADC lub wzmacniacza pomiarowego, zacznij od maksymalnego prądu i dopuszczalnego spadku napięcia. Z tych dwóch wartości policz R = V/I, a dopiero potem sprawdź moc I²R. To zwykle prostsze niż zaczynanie od przypadkowej wartości rezystora.
Moc strat i nagrzewanie rezystora pomiarowego
Moc wydzielana w boczniku rośnie z kwadratem prądu. Podwojenie prądu przy tej samej rezystancji powoduje czterokrotny wzrost mocy.
Dla 10 A i 10 mΩ otrzymujemy 1 W. Jeżeli ten sam bocznik ma pracować przy 20 A, moc wzrasta do 4 W. Sama wartość rezystancji może więc wyglądać bardzo mało, a mimo to element wymaga odpowiedniej mocy znamionowej i chłodzenia.
Kalkulator pokazuje wykorzystanie wpisanego Pmax oraz prąd, przy którym idealny rezystor osiągnąłby tę moc. Nie zastępuje to danych o temperaturze, montażu i deratingu z dokumentacji konkretnego bocznika.
Pomiar czteroprzewodowy Kelvin
Przy miliomach nawet rezystancja ścieżek, przewodów i połączeń lutowanych może być porównywalna z samym bocznikiem. Dlatego dokładne rezystory shunt często mają osobne zaciski prądowe i pomiarowe.
W połączeniu Kelvinowskim duży prąd płynie jedną parą połączeń, a napięcie jest mierzone oddzielną parą bezpośrednio przy elemencie rezystancyjnym. Dzięki temu spadki na ścieżkach prądowych w znacznie mniejszym stopniu trafiają do wyniku pomiaru.
Na PCB warto prowadzić ścieżki pomiarowe symetrycznie i odseparować je od toru dużego prądu tak wcześnie, jak pozwala konstrukcja bocznika.
Bocznik high-side i low-side
Low-side umieszcza bocznik między obciążeniem a masą. Pomiar jest prosty napięciowo, ale spadek na rezystorze podnosi potencjał masy obciążenia względem głównej masy układu.
High-side umieszcza bocznik po stronie dodatniego zasilania. Masa obciążenia pozostaje wspólna, lecz wzmacniacz lub układ pomiarowy musi poprawnie pracować przy odpowiednim napięciu wspólnym.
Sam wzór V = I·R jest taki sam w obu przypadkach. Różnica dotyczy sposobu włączenia i wymagań dalszego toru pomiarowego.
Ciekawostka
Bocznik 50 mV / 100 A ma rezystancję zaledwie 0,5 mΩ, ale przy prądzie znamionowym rozprasza 5 W. To dobry przykład, dlaczego bardzo mała rezystancja nie oznacza automatycznie małej mocy strat.
Dla ucznia i studenta
W zadaniach z bocznika najpierw ustal, które trzy z czterech wielkości I, V, R i P są znane lub szukane. Najczęściej wystarczają dwa kroki: prawo Ohma oraz wzór na moc.
Pamiętaj o jednostkach: 1 mΩ = 0,001 Ω, a 1 mV = 0,001 V. Przy dużych prądach właśnie te małe jednostki pojawiają się najczęściej.
Przykładowe zadania z rezystora bocznikowego
Treść: Przez bocznik 10 mΩ płynie prąd 10 A. Jaki jest spadek napięcia?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
V = I · R = 10 A · 0,01 Ω = 0,1 V.
Treść: Przy maksymalnym prądzie 20 A chcemy uzyskać 75 mV. Jaka rezystancja jest potrzebna?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
R = V/I = 0,075 V / 20 A = 0,00375 Ω.
Treść: Bocznik 5 mΩ przewodzi 30 A. Jaką moc rozprasza?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
P = I²R = 30² · 0,005 = 4,5 W.
Treść: Na boczniku 2 mΩ zmierzono 36 mV. Jaki płynie prąd?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
I = V/R = 0,036 V / 0,002 Ω = 18 A.
Granice kalkulatora
Obliczenia zakładają stałą rezystancję i prąd stały. Nie uwzględniają zmian rezystancji wraz z temperaturą, indukcyjności bocznika, impulsów prądowych ani dynamiki wzmacniacza pomiarowego.
Przy projektowaniu rzeczywistego układu sprawdź w dokumentacji między innymi tolerancję, TCR, moc przy temperaturze otoczenia, charakterystykę deratingu i dopuszczalną energię impulsu.
Dalsza ścieżka w pakiecie Elektronika
Przy sprawdzaniu gotowego układu pomocny jest poradnik pomiarów multimetrem. ADC, wzmacniacze i pomiary są zebrane również w Akademii Elektroniki.
FAQ - rezystor bocznikowy shunt, prąd i moc
Ostatnia aktualizacja: 25.08.2026