Što je djelitelj napona i za što se koristi
definicija
Razdjelnik napona je uređaj ili uređaj koji snižava razinu izlaznog napona u odnosu na ulaz, proporcionalno koeficijentu prijenosa (uvijek će biti ispod nule). To je ime dobio jer predstavlja dva ili više serijski povezanih dijelova lanca.
Oni su linearni i nelinearni. U ovom slučaju, prvi su aktivni ili reaktivni otpor, u kojima je koeficijent prolaska određen omjerom Ohmov zakon, Do izraženih nelinearnih razdjelnika uključuju se parametrični stabilizatori napona. Pogledajmo kako je ovaj uređaj uređen i zašto je potreban.
Vrste i princip djelovanja
Odmah vrijedi primijetiti da je princip rada razdjelnika napona općenito isti, ali ovisi o elementima od kojih se sastoji. Postoje tri glavne vrste linearnih krugova:
- otpor;
- kapacitivni;
- induktivni.
Najčešći razdjelnik na otpornicima, zbog njegove jednostavnosti i lakoće izračunavanja. Na njegovom primjeru razmotrite osnovne podatke o ovom uređaju.
Bilo koji djelitelj napona ima Uinput i Uoutput, ako se sastoji od dva otporniciako postoje tri otpornika, tada će biti dva izlazna napona i tako dalje. Možete izvršiti bilo koji broj faza podjele.
Ulazni ulaz jednak je naponu napajanja, izlazni izlaz ovisi o omjeru otpornika u krakovima djelitelja. Ako razmotrimo sklop s dva otpornika, tada će gornja, ili kako se još naziva, ruka za gašenje biti R1. Donja ili izlazna ruka bit će R2.
Pretpostavimo da imamo napajanje od 10 V, otpor R1 je 85 Ohma, a otpor R2 15 Ohma. Trebate izračunati izlaz.
zatim:
U = I * R
Budući da su povezani serijski, tada:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Ako dodate izraze:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Ako odavde izrazimo struju, dobivamo:
Supstituirajući prethodni izraz, imamo sljedeću formulu:
Izračunajmo za naš primjer:
Razdjelnik napona može se izvesti na reaktancijama:
- na kondenzatori (Kapacitivni);
- na induktorima (induktivnim).
Tada će proračuni biti slični, ali otpor se izračunava pomoću donjih formula.
Za kondenzatore:
Za induktivnost:
Osobitost i razlika ovih vrsta razdjelnika je u tome što se otpornički razdjelnik može koristiti u izmjeničnim i istosmjernim krugovima, a kapacitivni i induktivni samo u izmjeničnim krugovima, jer će tada samo biti njihova reaktancija.
Zanimljivo! U nekim slučajevima, kapacitivni razdjelnik će raditi u istosmjernim krugovima, dobar primjer je uporaba takvog rješenja u ulaznom krugu računalnih napajanja.
Korištenje reaktancije nastaje zbog činjenice da se tijekom njihovog rada ne oslobađa toliko topline kao kada se u strukturama koriste aktivni otpori (otpornici)
Primjeri upotrebe u krugu
Postoje mnoge sheme u kojima se koriste razdjelnici napona. Stoga ćemo dati nekoliko primjera odjednom.
Pretpostavimo da projektiramo fazu pojačala na tranzistoru koji djeluje u klasi A. Na temelju njegova principa rada moramo postaviti napon pristranosti (U1) na osnovu tranzistora tako da njegova radna točka bude na linearnom segmentu I - V karakteristike, tako da struja kroz tranzistor nije bio pretjeran. Pretpostavimo da moramo osigurati baznu struju od 0,1 mA na U1 od 0,6 Volta.
Zatim moramo izračunati otpor u ramenima djelitelja, a ovo je obrnuti izračun u odnosu na gore navedeni. Prije svega, pronalaze struju kroz razdjelnik. Kako struja opterećenja ne utječe u velikoj mjeri na napon na njegovim ramenima, struju kroz razdjelnik postavili smo na red veličine veće od struje opterećenja u našem slučaju 1 mA. Napajanje neka bude 12 volti.
Tada je ukupni otpor razdjelnika:
Rd = U opskrba / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
ili:
R2 / (R1 + R2) = U2 / U snaga
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U snaga = 12000 * 0.6 / 12 = 600
Rl = 12000-600 = 11400
Provjerite izračune:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Volta.
Odgovarajuće gornje rame će se ugasiti
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Volta.
Ali ovo nije cijeli izračun. Za potpuni izračun razdjelnika potrebno je odrediti snagu otpornika kako ne bi izgorjeli. Pri struji od 1 mA, snaga će biti dodijeljena R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 vata
A na R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 vata
Ovdje je zanemarivo, ali zamislite koja bi snaga trebala otpornicima ako bi razdjelnička struja bila 100 mA ili 1 A?
Za prvi slučaj:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 vata
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 vata
Za drugi slučaj:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 vata
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 vata
To su već znatne brojke za elektroniku, uključujući i za upotrebu u pojačalima. To nije učinkovito, stoga se trenutno koriste impulsni krugovi, mada se linearni krugovi i dalje koriste ili u amaterskim konstrukcijama ili u specifičnoj opremi s posebnim zahtjevima.
Drugi primjer je razdjelnik za oblikovanje U-referentne vrijednosti za podesivu zener diodu TL431. Koriste se u najjeftinijim izvorima napajanja i punjačima za mobilne telefone. Dijagram veze i formule za izračun koji vidite dolje. Pomoću dva otpornika ovdje se stvara točka s U-referencom od 2,5 volta.
Drugi primjer je spajanje svih vrsta senzora na mikrokontrolere. Razmotrimo nekoliko shema povezivanja senzora na analogni ulaz popularnog AVR mikrokontrolera, koristeći obitelj ploče Arduino kao primjer.
Mjerni instrumenti imaju različite granice mjerenja. Takva se funkcija ostvaruje i pomoću skupine otpornika.
No, to ne završava opseg razdjelnika napona. Na taj se način dodatni volti isključuju uz ograničavanje struje kroz LED, također se raspodjeljuje napon žarulja u vijencu, a možete napajati i opterećenje male snage.
Nelinearni razdjelnici
Spomenuli smo da nelinearni razdjelnici uključuju parametrični stabilizator. U svom najjednostavnijem obliku sastoji se od otpornika i zener diode. Zener dioda u krugu slična je uobičajenoj poluvodičkoj diodi. Jedina razlika je prisutnost dodatne značajke na katodi.
Proračun se temelji na stabilizaciji Zener diode. Zatim, ako imamo zener diodu od 3,3 volta, a napajanje je 10 volti, tada se stabilizacijska struja uzima iz listova u zener diodu. Na primjer, neka bude jednaka 20 mA (0,02 A), a struja opterećenja 10 mA (0,01 A).
zatim:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 Ohma
Da vidimo kako djeluje takav stabilizator. Zener dioda je uključena u krug u obrnutoj vezi, to jest, ako je izlazni napon niži od ustabilizacije, struja ne prolazi kroz njega. Kad se opskrba U poveća na stabilizaciju U, dolazi do propadanja lavine ili tunela PN spoja i kroz njega protječe struja, nazvana stabilizacijska struja. Ograničen je otpornikom R1 na kojem se smanjuje razlika između ulaza U i stabilizacije U. Ako se prekorači maksimalna struja stabilizacije, dolazi do termičkog kvara i zener dioda izgara.
Usput, ponekad možete implementirati stabilizator na diode. Tada će napon stabilizacije biti jednak izravnom padu dioda ili zbroju padova u krugu diode. Postavili ste struju pogodnu za nazivne vrijednosti dioda i za potrebe vašeg kruga. Ipak, takvo se rješenje koristi izuzetno rijetko. Ali takav se uređaj na diodama bolje naziva limitator, a ne stabilizator. I varijanta istog kruga za AC krugove. Tako ograničavate amplitudu varijabilnog signala na razini izravnog pada - 0.7V.
Pa smo shvatili što je ovaj razdjelnik napona i zašto je potreban. Postoji još više primjera gdje se koristi bilo koja varijanta razmatranih krugova, čak je i potenciometar u osnovi djelitelj s beskonačno promjenjivim koeficijentom prijenosa, a često se koristi zajedno s konstantnim otpornikom. U svakom slučaju, princip djelovanja, odabir i izračunavanje elemenata ostaje nepromijenjen.
Na kraju, preporučujemo gledanje videa u kojem ćemo detaljnije ispitati kako ovaj element djeluje i od čega se sastoji:
Srodni materijali:
Učitavanje ...
