ما هو مقسم الجهد وما هو الغرض منه
تعريف
مقسم الجهد هو جهاز أو جهاز يخفض مستوى جهد الخرج بالنسبة للإدخال ، بشكل متناسب مع معامل الإرسال (سيكون دائمًا أقل من الصفر). حصل على هذا الاسم لأنه يمثل قسمين أو أكثر من السلسلة المتصلة بالسلسلة.
فهي خطية وغير خطية. الأولى هي المقاومة النشطة أو رد الفعل ، حيث يتم تحديد معامل الإرسال بنسبة قانون أوم. تشمل الفواصل غير الخطية الواضحة مثبتات الجهد البارامترية. دعونا نرى كيف يتم ترتيب هذا الجهاز ولماذا هناك حاجة إليه.
أنواع ومبدأ العمل
تجدر الإشارة على الفور إلى أن مبدأ تشغيل مقسم الجهد هو نفسه بشكل عام ، ولكنه يعتمد على العناصر التي يتكون منها. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الدوائر الخطية:
- مقاوم
- سعوي
- استقرائية.
الفاصل الأكثر شيوعًا على المقاومات ، بسبب بساطته وسهولة الحساب. في مثاله ، والنظر في المعلومات الأساسية حول هذا الجهاز.
يحتوي أي مقسم جهد على Uinput و Uoutput إذا كان يتكون من اثنين المقاوماتإذا كان هناك ثلاثة مقاومات ، فسيكون هناك جهدان للجهد ، وهكذا. يمكنك إجراء أي عدد من مراحل التقسيم.
Uinput يساوي جهد الإمداد ، ويعتمد Uoutput على نسبة المقاومات في أذرع الفاصل. إذا اعتبرنا دائرة ذات مقاومين ، فإن الجزء العلوي ، أو كما يطلق عليه أيضًا ، سيكون ذراع التبريد R1. الذراع السفلي أو المخرج سيكون R2.
لنفترض أن لدينا مصدر طاقة يبلغ 10 فولت ، والمقاومة R1 هي 85 أوم ، والمقاومة R2 هي 15 أوم. تحتاج لحساب Uoutput.
ثم:
U = I * R
نظرًا لأنها متصلة في سلسلة ، ثم:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
ثم إذا قمت بإضافة التعبيرات:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
إذا عبرنا عن التيار من هنا نحصل على:
باستبدال التعبير السابق ، لدينا الصيغة التالية:
دعونا نحسب لمثالنا:
يمكن إجراء مقسم الجهد على التفاعلات:
- على ال المكثفات (بالسعة) ؛
- على المحاثات (الاستقرائي).
ثم ستكون الحسابات متشابهة ، ولكن يتم حساب المقاومة باستخدام الصيغ أدناه.
المكثفات:
للحث:
ميزة وفرق هذه الأنواع من الفواصل هي أنه يمكن استخدام المقسم المقاوم في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر ، والسعة والحثية فقط في دوائر التيار المتردد ، لأنه عندها فقط سوف يكون مفاعلتها.
مثير للإعجاب! في في بعض الحالات ، سيعمل المقسم السعوي في دوائر التيار المستمر ، مثال جيد هو استخدام مثل هذا الحل في دائرة الإدخال لمصادر طاقة الكمبيوتر.
يرجع استخدام المفاعلات إلى حقيقة أنه أثناء تشغيلها ، لا يتم إطلاق الكثير من الحرارة كما هو الحال عند استخدام المقاومات النشطة (المقاومات) في الهياكل
أمثلة للاستخدام في الدائرة
هناك العديد من المخططات حيث يتم استخدام مقسمات الجهد. لذلك ، سنقدم عدة أمثلة في وقت واحد.
لنفترض أننا قمنا بتصميم مرحلة مكبر للصوت على ترانزستور يعمل في الفئة A. بناءً على مبدأ التشغيل ، نحتاج إلى ضبط جهد التحيز (U1) على أساس الترانزستور بحيث تكون نقطة تشغيله على الجزء الخطي من خاصية I - V ، بحيث يكون التيار من خلال الترانزستور لم تكن مفرطة. لنفترض أننا بحاجة إلى توفير تيار أساسي قدره 0.1 مللي أمبير عند U1 من 0.6 فولت.
ثم نحتاج إلى حساب المقاومة في أكتاف المقسم ، وهذا هو الحساب العكسي نسبة إلى ما قدمناه أعلاه. بادئ ذي بدء ، يجدون التيار من خلال الحاجز. بحيث لا يؤثر تيار الحمل بشكل كبير على الجهد على كتفيه ، قمنا بتعيين التيار من خلال المقسم بترتيب أعلى من تيار الحمل في حالتنا 1 مللي أمبير. امدادات الطاقة فليكن 12 فولت.
ثم تكون المقاومة الكلية للمقسمة هي:
Rd = U supply / I = 12 / 0.001 = 12000 أوم
R2 / R = U2 / U
أو:
R2 / (R1 + R2) = طاقة U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * طاقة U1 / U = 12000 * 0.6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
تحقق من الحسابات:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0.6 فولت.
سوف يطفئ الكتف العلوي المقابل
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11.4 فولت.
لكن هذا ليس الحساب كله. للحساب الكامل للمقسم ، من الضروري تحديد قوة المقاومات حتى لا تحترق. عند تيار 1 مللي أمبير ، سيتم تخصيص الطاقة لـ R1:
P1 = 11.4 * 0.001 = 0.0114 واط
وعلى R2:
P2 = 0.6 * 0.001 = 0.000006 واط
هنا لا يكاد يذكر ، ولكن تخيل ما هو نوع القوة التي ستحتاج إلى مقاومات إذا كان التيار الفاصل 100 مللي أمبير أو 1 أمبير؟
للحالة الأولى:
P1 = 11.4 * 0.1 = 1.14 واط
P2 = 0.6 * 0.1 = 0.06 واط
للحالة الثانية:
P1 = 11.4 * 1 = 11.4 واط
P2 = 0.6 * 1 = 0.6 واط
هذه بالفعل أرقام كبيرة للإلكترونيات ، بما في ذلك للاستخدام في مكبرات الصوت. هذا ليس فعالًا ، لذلك يتم استخدام الدوائر النبضية حاليًا ، على الرغم من استمرار استخدام الدوائر الخطية إما في منشآت الهواة أو في معدات محددة ذات متطلبات خاصة.
المثال الثاني هو مقسم لتشكيل المرجع U لصمام الزينر القابل للتعديل TL431. يتم استخدامها في معظم إمدادات الطاقة وأجهزة الشحن الرخيصة للهواتف المحمولة. مخطط الاتصال وصيغ الحساب التي تراها أدناه. بمساعدة مقاومين ، يتم إنشاء نقطة بمرجع U 2.5 فولت هنا.
مثال آخر هو اتصال جميع أنواع أجهزة الاستشعار بأجهزة التحكم الدقيقة. دعونا نفكر في العديد من المخططات لربط المستشعرات بالمدخل التناظري لوحدة التحكم الدقيقة AVR ، باستخدام عائلة لوحة Arduino كمثال.
أدوات القياس لها حدود قياس مختلفة. يتم تحقيق هذه الوظيفة أيضًا باستخدام مجموعة من المقاومات.
لكن هذا لا ينهي نطاق فواصل الجهد. وبهذه الطريقة يتم إخماد الفولت الإضافي عندما يكون التيار محدودًا من خلال LED ، كما يتم توزيع جهد المصابيح في الطوق ، ويمكنك أيضًا تشغيل حمولة منخفضة الطاقة.
فواصل غير خطية
ذكرنا أن الفواصل غير الخطية تشتمل على مثبت معلمي. في أبسط أشكاله ، يتكون من المقاوم وثنائي زينر. يشبه الصمام الثنائي الزينر في الدائرة الصمام الثنائي التقليدي لأشباه الموصلات. الاختلاف الوحيد هو وجود ميزة إضافية على الكاثود.
يعتمد الحساب على استقرار الصمام الثنائي Zener. ثم إذا كان لدينا ديود زينر 3.3 فولت ، ومصدر الطاقة 10 فولت ، ثم يتم أخذ تيار التثبيت من ورقة البيانات إلى ديود زينر. على سبيل المثال ، دعها تساوي 20 مللي أمبير (0.02 أمبير) ، والحمل الحالي 10 مللي أمبير (0.01 أمبير).
ثم:
R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 أوم
دعونا نرى كيف يعمل هذا المثبت. يتم تضمين الصمام الثنائي الزينر في الدائرة في الاتصال العكسي ، أي إذا كان Uoutput أقل من التثبيت ، فإن التيار لا يتدفق من خلاله. عندما يرتفع العرض U إلى الاستقرار U ، يحدث انهيار جليدي أو انهيار نفق تقاطع PN ويتدفق تيار ، يسمى تيار التثبيت ، من خلاله. يقتصر عليه المقاوم R1 ، حيث يتم قمع الفرق بين إدخال U وتثبيت U. إذا تم تجاوز الحد الأقصى لتيار التثبيت ، يحدث الانهيار الحراري ويحترق الصمام الثنائي الزينر.
بالمناسبة ، في بعض الأحيان يمكنك تنفيذ مثبت على الثنائيات. سيكون جهد التثبيت بعد ذلك مساوياً للانخفاض المباشر للثنائيات أو مجموع القطرات في دائرة الصمام الثنائي. تقوم بتعيين التيار المناسب للقيمة الاسمية للثنائيات واحتياجات دائرتك. ومع ذلك ، نادرا ما يستخدم هذا الحل للغاية. لكن هذا الجهاز على الثنائيات يسمى بشكل أفضل المحدد ، وليس المثبت. ومتغير من نفس الدائرة لدوائر التيار المتردد. لذا فأنت تحد من اتساع الإشارة المتغيرة عند مستوى الهبوط المباشر - 0.7V.
لذلك اكتشفنا ما هو مقسم الجهد هذا ولماذا هو مطلوب. أمثلة حيث يمكن استخدام أي من متغيرات الدوائر المعتبرة أكثر ، حتى مقياس الجهد هو في الأساس مقسم مع معامل انتقال قابل للتعديل بشكل لا نهائي ، وغالبًا ما يستخدم بالاقتران مع المقاوم المستمر. على أي حال ، يبقى مبدأ العمل واختيار العناصر وحسابها دون تغيير.
في النهاية ، نوصي بمشاهدة فيديو نفحص فيه بمزيد من التفصيل كيف يعمل هذا العنصر وما يتكون من:
مواد ذات صلة:
جار التحميل...
