¿Qué es un divisor de voltaje y para qué se utiliza?
Definición
Un divisor de voltaje es un dispositivo o dispositivo que reduce el nivel del voltaje de salida en relación con la entrada, en proporción al coeficiente de transmisión (siempre estará por debajo de cero). Obtuvo este nombre porque representa dos o más secciones de la cadena conectadas en serie.
Son lineales y no lineales. En este caso, los primeros son resistencia activa o reactiva, en la que el coeficiente de transmisión está determinado por la relación de Ley de ohmios. Los divisores no lineales pronunciados incluyen estabilizadores de voltaje paramétricos. Veamos cómo está organizado este dispositivo y por qué es necesario.
Tipos y principios de acción.
Vale la pena señalar de inmediato que el principio de funcionamiento del divisor de voltaje es generalmente el mismo, pero depende de los elementos que lo componen. Hay tres tipos principales de circuitos lineales:
- resistivo
- capacitivo
- inductivo
El divisor más común en resistencias, debido a su simplicidad y facilidad de cálculo. En su ejemplo, y considere la información básica sobre este dispositivo.
Cualquier divisor de voltaje tiene Uinput y Uoutput si consta de dos resistenciasSi hay tres resistencias, habrá dos voltajes de salida, y así sucesivamente. Puedes hacer cualquier cantidad de etapas de división.
La entrada es igual a la tensión de alimentación, la salida depende de la relación de resistencias en los brazos del divisor. Si consideramos un circuito con dos resistencias, entonces el brazo superior, o como también se lo llama, el brazo de enfriamiento será R1. El brazo inferior o de salida será R2.
Supongamos que tenemos una fuente de alimentación de 10 V, la resistencia R1 es de 85 ohmios y la resistencia R2 es de 15 ohmios. Necesito calcular la salida.
Entonces:
U = I * R
Como están conectados en serie, entonces:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Entonces, si agrega las expresiones:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Si expresamos la corriente desde aquí, obtenemos:
Sustituyendo la expresión anterior, tenemos la siguiente fórmula:
Calculemos para nuestro ejemplo:
El divisor de voltaje se puede realizar en reactancias:
- en condensadores (capacitivo);
- en inductores (inductivos).
Entonces los cálculos serán similares, pero la resistencia se calcula utilizando las fórmulas a continuación.
Para condensadores:
Para inductancia:
Una característica y diferencia de estos tipos de divisores es que el divisor resistivo puede usarse en circuitos de CA y CC, y capacitivo e inductivo solo en circuitos de CA, porque solo entonces su reactancia.
Interesante! En En algunos casos, un divisor capacitivo funcionará en circuitos de CC, un buen ejemplo es el uso de dicha solución en el circuito de entrada de las fuentes de alimentación de la computadora.
El uso de reactancia se debe al hecho de que durante su funcionamiento, no se libera tanto calor como cuando se usan resistencias activas (resistencias) en estructuras
Ejemplos de uso en el circuito.
Hay muchos esquemas donde se usan divisores de voltaje. Por lo tanto, daremos varios ejemplos a la vez.
Supongamos que diseñamos una etapa de amplificador en un transistor que opera en la clase A. Con base en su principio de operación, necesitamos establecer el voltaje de polarización (U1) en base al transistor para que su punto de operación esté en el segmento lineal de la característica I - V, de modo que la corriente a través del transistor No fue excesivo. Supongamos que necesitamos proporcionar una corriente base de 0.1 mA en U1 de 0.6 voltios.
Luego necesitamos calcular la resistencia en los hombros del divisor, y este es el cálculo inverso relativo a lo que hemos dado anteriormente. En primer lugar, encuentran la corriente a través del divisor. Para que la corriente de carga no afecte en gran medida el voltaje en sus hombros, establecemos la corriente a través del divisor en un orden de magnitud mayor que la corriente de carga en nuestro caso 1 mA. Fuente de alimentación que sea de 12 voltios.
Entonces la resistencia total del divisor es:
Rd = U suministro / I = 12 / 0.001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
O:
R2 / (R1 + R2) = potencia U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U potencia = 12000 * 0.6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Revisa los cálculos:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0.6 voltios.
La parte superior del hombro correspondiente se extinguirá.
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11.4 voltios.
Pero este no es todo el cálculo. Para un cálculo completo del divisor, es necesario determinar la potencia de las resistencias para que no se quemen. A una corriente de 1 mA, la potencia se asignará a R1:
P1 = 11.4 * 0.001 = 0.0114 vatios
Y en R2:
P2 = 0.6 * 0.001 = 0.000006 vatios
Aquí es insignificante, pero imagine qué tipo de potencia necesitaría resistencias si la corriente del divisor fuera de 100 mA o 1 A.
Para el primer caso:
P1 = 11.4 * 0.1 = 1.14 vatios
P2 = 0.6 * 0.1 = 0.06 vatios
Para el segundo caso:
P1 = 11.4 * 1 = 11.4 vatios
P2 = 0.6 * 1 = 0.6 vatios
Eso ya son cifras considerables para la electrónica, incluido el uso en amplificadores. Esto no es efectivo, por lo tanto, los circuitos pulsados se usan actualmente, aunque los circuitos lineales continúan usándose en construcciones de aficionados o en equipos específicos con requisitos especiales.
El segundo ejemplo es un divisor para formar la referencia U para el diodo zener ajustable TL431. Se utilizan en la mayoría de las fuentes de alimentación y cargadores de bajo costo para teléfonos móviles. El diagrama de conexión y las fórmulas de cálculo que ves a continuación. Con la ayuda de dos resistencias, aquí se crea un punto con una referencia U de 2.5 voltios.
Otro ejemplo es la conexión de todo tipo de sensores a microcontroladores. Consideremos varios esquemas para conectar sensores a la entrada analógica del popular microcontrolador AVR, utilizando la familia de placas Arduino como ejemplo.
Los instrumentos de medición tienen diferentes límites de medición. Dicha función también se realiza utilizando un grupo de resistencias.
Pero esto no termina el alcance de los divisores de voltaje. Es de esta manera que se extinguen voltios adicionales al tiempo que se limita la corriente a través del LED, el voltaje de las bombillas en la guirnalda también se distribuye, y también puede alimentar una carga de baja potencia.
Divisores no lineales
Mencionamos que los divisores no lineales incluyen un estabilizador paramétrico. En su forma más simple, consiste en una resistencia y un diodo zener. Un diodo zener en el circuito es similar a un diodo semiconductor convencional. La única diferencia es la presencia de una característica adicional en el cátodo.
El cálculo se basa en la estabilización del diodo Zener. Entonces, si tenemos un diodo zener de 3,3 voltios y la fuente de alimentación es de 10 voltios, la corriente de estabilización se toma de la hoja de datos al diodo zener. Por ejemplo, que sea igual a 20 mA (0.02 A), y la corriente de carga de 10 mA (0.01 A).
Entonces:
R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 ohmios
Veamos cómo funciona ese estabilizador. El diodo zener está incluido en el circuito en la conexión inversa, es decir, si la salida de U es menor que la estabilización, la corriente no fluye a través de él. Cuando el suministro de U aumenta a la estabilización de U, se produce una avalancha o una ruptura del túnel de la unión PN y una corriente, llamada corriente de estabilización, fluye a través de ella. Está limitado por la resistencia R1, en la cual se suprime la diferencia entre la entrada U y la estabilización U. Si se excede la corriente de estabilización máxima, se produce una ruptura térmica y el diodo zener se quema.
Por cierto, a veces puedes implementar un estabilizador en diodos. El voltaje de estabilización será igual a la caída directa de los diodos o la suma de las caídas en el circuito de diodos. Usted configura la corriente adecuada para el valor nominal de los diodos y para las necesidades de su circuito. Sin embargo, tal solución se usa extremadamente raramente. Pero un dispositivo de este tipo en diodos es mejor llamado limitador, no estabilizador. Y una variante del mismo circuito para circuitos de CA. Por lo tanto, limita la amplitud de la señal variable al nivel de caída directa - 0.7V.
Así que descubrimos qué es este divisor de voltaje y por qué es necesario. Hay incluso más ejemplos en los que se usa cualquiera de las variantes de los circuitos considerados, incluso un potenciómetro es esencialmente un divisor con un coeficiente de transmisión infinitamente variable, y a menudo se usa junto con una resistencia constante. En cualquier caso, el principio de acción, selección y cálculo de elementos permanece sin cambios.
Al final, recomendamos ver un video en el que examinamos con más detalle cómo funciona este elemento y en qué consiste:
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